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universidade federal da paraba

centro de tecnologia

curso de ps-graduao em engenharia mecnica

mestrado doutorado

Estudo sobre as usinas termoeltricas

por

Bruno Vieira Paulino

Angelo Medeiros Nbrega

Jos Douglas Alves de Lira

Dissertao de Mestrado apresentada Universidade Federal da Paraba para obteno

do grau de Mestre.

Joo Pessoa Paraba maro, 2014

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ANGELO MEDEIROS NBREGA

BRUNO VIEIRA PAULINO

JOS DOUGLAS ALVES DE LIRA

Estudo sobre as usinas termoeltricas

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-

graduao de Engenharia mecnica da

universidade federal da Paraba como parte dos

requisitos para obteno do ttulo de Mestre em

Engenharia Mecnica.

Orientador: Professor Dr. ngelo Vieira Mendona.

Joo Pessoa Paraba maro, 2014

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ESTUDO SOBRE AS USINAS TERMOELTRICAS

RESUMO

O foco deste trabalho est direcionado para estudar as usinas termoeltricas, que

destinada a converter a energia de um combustvel em energia eltrica. saber de suas vantagens,

desvantagens e sua aplicao no Brasil e no mundo.

Como todo tipo de gerao de energia causa impactos ambientais, porm tem varias outras

vantagens que so as que fazem ainda estarem erguidas.

4

STUDY ON THERMOELECTRIC

ABSTRACT

The focus of this work is directed to study the thermal power plants, which is designed

to convert the energy of a fuel into electrical energy. Know their advantages, disadvantages

and its application in Brazil and worldwide.

Like any type of energy generation causes environmental impacts, but has several

other advantages that are forming are still raised.

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SUMRIO

1 INTRODUO 9

1.1 MOTIVAES DO TRABALHO 9

2 O QUE SO E COMO FUNCIONAM AS USINAS TERMOELTRICAS 10

2.1 INTRODUO 10

2.2 DEFINIO 10

3 VANTAGENS E DESVANTAGENS 12

3.1 INTRODUO 12

3.2 VANTAGENS 12

3.3 DESVANTAGENS 12

4 USINAS DE TERMO ENERGIA NO BRASIL 14

4.1 INTRODUO 14

4.2 USINAS NO BRASIL 14

4.3 HISTRIA 16

5 USINAS TERMOELTRICAS NO MUNDO 18

5.1 INTRODUO 18

5.2 PAPIS DAS USINAS TERMOELTRICAS NO MUNDO 18

6 CONCLUSO 19 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 20

6

LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Produo numa termoeltrica

Figura 3.1 Poluio da Usina Termoeltrica

Figura 4.1 Usinas Termoeltricas no Brasil

Figura 4.2 Demonstra a distribuio energtica

do pas.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 As dez maiores usinas em capacidade de produo de energia.

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LISTA DE ABREVIATURAS

UTEs Usinas Termo eltricas

MW Megawatts

KW Kilowatts

Aneel Agncia Nacional de Energia Eltrica

9

Captulo I

INTRODUO

1.1 MOTIVAES DO TRABALHO

O presente trabalho repousa na busca do entendimento sobre a utilizao das usinas

termoeltricas e os motivos pelos quais ela vem sendo muito utilizada apesar das suas

desvantagens.

10

Captulo II

O QUE SO E COMO FUNCIONAM AS USINAS TERMOELTRICAS

2.1 - INTRODUO

Este captulo trata do entendimento do motivo chave do trabalho, que definir o que so as

usinas termoeltricas, e tambm demostrar a forma como elas funcionam.

2.2 DEFINIO

A usina termoeltrica uma instalao industrial que produz energia a partir do calor

gerado pela queima de combustveis fsseis (como carvo mineral, leo, gs, entre outros) ou por

outras fontes de calor (como a fisso nuclear, em usinas nucleares).

Nos pases de primeiro mundo, cerca de 70% da energia eltrica proveniente dessas

usinas.

Essas usinas funcionam da seguinte maneira:

Primeiramente aquece-se uma caldeira com gua, essa gua ser transformada em vapor,

cuja fora ir movimentar as ps de uma turbina que por sua vez movimentar um gerador.

Uma maneira de se aquecer o caldeiro atravs da queima de combustveis fsseis (leo,

carvo, gs natural). Aps a queima eles so soltos na atmosfera causando grandes impactos

ambientais.

Aps o vapor ter movimentado as turbinas ele enviado a um condensador para ser

resfriado e transformado em gua lquida para ser reenviado ao caldeiro novamente, para um

novo ciclo. Esse vapor pode ser resfriado utilizando gua de um rio, um lago ou um mar, mas

causa danos ecolgicos devido ao aquecimento da gua e consequentemente uma diminuio

do oxignio. Outra maneira de resfriar esse vapor utilizando gua armazenada em torres, por

sua vez esta gua enviada em forma de vapor a atmosfera, alterando o regime de chuvas.

A produo de energia eltrica em uma central termeltrica um processo que envolve

muitas etapas, sendo que cada uma tem um rendimento especfico. Consideramos rendimento

como a relao entre a energia utilizada e o total de energia fornecida (n = energia til/energia

total). Como o rendimento nunca de 100%, sempre ocorrero perdas.

Este tipo de usina ocupa grandes superfcies, ao redor de 4 km2 por usina, excluindo-se

instalaes de armazenamento e vias de acesso.

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Figura 2.1 Produo numa Termoeltrica

A figura 2.1 foi obtida atravs da pesquisa sobre o processo de produo de energia eltrica no

interior de uma usina termoeltrica.

Com o auxilio da tabela 2.1 podemos ver o Rendimento na conservao da energia de uma usina

termoeltrica.

Tabela 2.1- Rendimentos nas conservaes de energia Rendimentos nas converses de energia

Local Forma de energia

Rendimento por cento

Unidades de

energia

convertidas

Carvo Caldeira Turbina Gerador Sistema de transmisso (at a utilizao) Transformadores de subestao Motores grandes (mdia) Motores pequenos (mdia) Lmpadas

Qumica Trmica Mecnica Eltrica Eltrica Eltrica Mecnica Mecnica Luminosa

.......... 85 30 96 80 98 85 65 3,5

100,0 85,0 25,5 24,5 19,6 19,2 16,3 12,5 0,67

12

Captulo III

VANTAGENS E DESVANTAGENS

3.1 INTRODUO

Neste Terceiro capitulo ser relatado algumas das vantagens e desvantagens e alguns

aspectos do tema estudado como, utilizao, danos, montagem e gastos.

3.2 VANTAGENS

Em comparao com usinas hidreltricas, so mais rpidas para se construir,

podendo assim suprir carncias de energia de forma mais rpida;

Podem ser instaladas em locais prximos s regies de consumo, reduzindo o custo

com torres e linhas de transmisso;

So alternativas para pases que no possuem outros tipos de fontes de energia.

Tambm so usinas que produzem uma quantidade constante de energia eltrica

durante o ano inteiro, ao contrrio das hidreltricas, que tem a produo dependente do

nvel dos rios.

3.3 - DESVANTAGENS

Como so usados combustveis fsseis para queimar e gerar energia, h uma grande

liberao de poluentes na atmosfera. Estes poluentes so responsveis pela gerao do

efeito estufa e do aumento do aquecimento global. Portanto, este tipo de energia

altamente prejudicial ao meio ambiente.

Outra desvantagem que o custo final deste tipo energia mais elevado do que a

gerada em hidreltricas, em funo do preo dos combustveis fsseis.

Os combustveis fossem como fontes que tendem a ser cada vez mais escassas tornam-se

um problema pra esse processo de produo de energia. . A prpria infra-estrutura dessas usinas,

como os corredores para os fios de alta tenso, chamins, torres de resfriamento, trechos de

acesso e de eliminao de resduos, apresenta altos riscos potenciais ao meio ambiente e aos

operrios da usina.

13

Figura 3.1 Poluio da Usina Termoeltrica A Figura 3.1 mostra a grande emisso de gases causadores de problemas ambientais.

14

Captulo IV

USINAS DE TERMO ENERGIA NO BRASIL

4.1 INTRODUO

Nesse capitulo ser abordado a temtica do papel das termoeltricas no Brasil, falaremos

um pouco sobre a sua histria e como sua aquisio tem aumentado nos ltimos anos.

4.2 USINAS NO BRASIL

Em funo do grande potencial hdrico, o Brasil utiliza a energia termoeltrica de

forma estratgica. Esse uso ocorre quando h diminuio de gua, provocada pela

carncia de chuvas, nas represas que abastecem as usinas hidreltricas.

Existem em nosso pas cerca de 50 usinas termoeltricas, espalhadas por vrios

estados. Todas estas usinas em funcionamento podem gerar cerca de 15 mil MW de

energia (Megawatts), correspondendo a 7,5% de participao no sistema eltrico nacional.

O Brasil vai depender cada vez mais das usinas termeltricas, nos prximos anos para

garantir com segurana o fornecimento da energia no pas. Como exemplo no governo da

presidente Dilma o Brasil aumentou em 282% o uso de eletricidade proveniente de usinas

termeltricas.

De acordo com dados da Aneel, de 2007 at junho deste ano, 8.074 MW de energia

entraram em operao a partir das termeltricas.

At 2013, a potncia instalada de UTEs fica em 9.668 MW O problema que dos

13 projetos previstos para entrar em operao entre 2011 e 2013, apenas as usinas de Jirau

e Santo Antnio, ambas baseadas no rio Madeira, esto com cronogramas normais.

Os dados oficiais indicam ainda um perfil claro sobre as usinas termeltricas

brasileiras: esto concentradas no Sudeste (43%) e no Norte (26%), usam

predominantemente combustveis fsseis (70%), com destaque para o leo diesel, seguido

pelo gs natural (6,7% do total de UTEs em operao). Um tero das unidades, no

entanto, adota a biomassa, usinas que adotam o bagao de cana. E mais: trata-se de uma

modalidade de usina concentrada em So Paulo, onde esto 54% das operaes que usam

o bagao como combustvel.

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Os nmeros da Aneel tambm mostram que o gs natural, embora no seja o combustvel

predominante em termos de quantidade de usinas, o mais significativo na listagem das dez

maiores usinas brasileiro em capacidade. Oito delas adotam esse combustvel, sendo a Petrobras a

dona de quatro das maiores entre as dez. Apenas uma usina de leo diesel aparece nesse seleto

ranking. A produo de carvo mineral significativa, em Candiota (RS), justifica que aquela

cidade detenha a dcima maior usina termeltrica do Brasil, usando, claro o mineral como

combustvel.

Figura 4.1 Usinas Termoeltricas no Brasil

A figura 4.1 mostra um mapa do Brasil onde se v claramente algumas das localizaes das

usinas no pas.

16

Figura 4.2 Distribuio da Energia do Pais

A figura 4.2 demonstra a distribuio energtica do pas.

Com o auxilio da tabela 4.1 podemos identificar as dez maiores usinas em capacidade de

gerao de energia em (kw).

Tabela 4.1 As dez maiores usinas em capacidade de produo de energia.

Outro destaque o Estado do Rio de Janeiro, que confirma sua vocao energtica atrelada

ao gs natural, ao ser dono das quatro maiores usinas do Pas em capacidade de gerao. Na ponta

extrema, onde aparecem as menores usinas, o diesel confirma sua forte presena. A j citada

biomassa tem tambm caractersticas peculiares, que sero exploradas com maior detalhe.

4.3 HISTRIA

O Brasil ingressou no ramo da termeltrica em 1883, onde foi construda a primeira usina

termeltrica na cidade de Campos (RJ). O Carvo j era utilizado desde o segundo milnio a.C.,

na Gr-Bretanha, porm o carvo s comeou a ser minerado sistematicamente no sculo XIII na

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Europa. A minerao no Brasil s veio comear no ano de 1855 quando abriram a primeira mina,

em Arroio dos Ratos. Aps este perodo, o carvo passou por surtos de explorao, durante a I

Guerra Mundial, quando foram criadas muitas indstrias de carvo, tambm durante o governo

de Getlio Vargas quando o governo ordenou que as industrias nacionais usasse 20% do

carvo extrado aqui para produzir a matria-prima da produo do ferro-gusa, e tambm, quando

foi criada a Companhia Siderrgica Nacional que hoje a maior da Amrica Latina, em 1946.

A Segunda Revoluo Industrial teve grande importncia no uso de carvo, pois comeou

a utiliza-lo como combustvel, onde s se diminuiu a importncia nos tempos atuais com o

petrleo, assim o popularizando no mundo.

Porto Alegre tem um ponto turstico que antigamente era uma usina de carvo, que foi

inaugurada em 1928, para abrigar a Companhia Brasil de Fora Eltrica, subsidiria da Eletric,

Bond & Share Co, empresa com sede nos EUA, que geriu a eletricidade e o transporte eltrico de

Porto Alegre at 1952. Essa usina fornecia gs destinado iluminao pblica e abastecimento de

foges. A chamin de 117 metros foi construda em 1937 para amenizar os problemas causados

pela emisso de fuligem. Hoje acabou se tornando um centro cultural.

18

Capitulo V

USINAS TERMOELTRICAS NO MUNDO

5.1 INTRODUO

Nesse capitulo ir ser apresentado o papel das termoeltricas no mundo e algumas prticas

interessantes da sua utilizao.

5.2 PAPIS DAS USINAS TERMOELTRICAS NO MUNDO

As usinas termeltricas so as mais comuns do planeta. J foi o sistema de produo

energtico preferido por governos e indstrias, porm com o conhecimento

ambiental adquirido nas ltimas trs dcadas sua imagem ficou muito prejudicada por ser uma

fonte grande de poluio.

Nos pases de primeiro mundo, sua produo responsvel por pouco mais de 60% da

produo de energia mundial.

Devido a utilizao dessas usinas algum pas tem utilizado tentando garantir melhor

sustentabilidade como, por exemplo, utilizando o material de produo como o lixo. Trinta e

cinco pases do mundo produzem energia a partir da queima do lixo.

So mais de 650 usinas de incinerao construdas para esse fim. Apenas na Alemanha, um

pas onde a legislao ambiental uma das mais rigorosas do mundo, existem 70 usinas de

incinerao de lixo. No Brasil, h apenas uma unidade experimental funcionando no campus da

UFRJ, na Ilha do Fundo. a Usina Verde, que tem 100% de tecnologia nacional.

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CONCLUSO

Conclui-se que, a porcentagem de energia gerada pelas usinas termeltricas, ainda, no

capaz de substituir as hidreltricas no fornecimento de energia aqui no Brasil, pois a utilizao se

tornou um recurso de forma a substituir a demanda energtica tendo em vista que as

hidroeltricas nem sempre conseguem acompanhar o ritmo em perodos de seca. A populao

espera que num futuro, cada vez mais, prximo, no soframos as consequncias desta

dependncia.

As termoeltricas possuem grandes vantagens principalmente em sua instalao, porm os

danos ambientais causados por ela tornam suas vantagens praticamente nulas. A utilizao para

outros meios de utilizar essas usinas como foi mostrado no Capitulo V com a gerao de energia

a partir da queima do lixo tem sido uma das grandes conquistas na forma de tentar cada vez mais

equilibrar a balana entre poluio X Gerao de energia.

Esse tipo de gerao de energia tem mantido uma enorme participao no cenrio mundial,

at l esperamos avanos no seu processo de produo para evitar mais danos e tornarmos as

prticas de desenvolvimento mundial cada vez mais sustentveis.

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

, Acessado em 09 de maro de

2014.

, Acessado em 09 de maro

de 2014.

, Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em 09 de

maro de 2014.

, Acessado em Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em

09 de maro de 2014.

, Acessado em 09 de maro de 2014.

, Acessado em 10 de maro de 2014.