Portal UFS - Projeto Sistema Didático de Cogeração - Ivan Ranfrei dos Santos Melo
Ter, 23 de maio de 2017, 16:50
Uma das primeiras etapas de realização das atividades foi o projeto da central de cogeração do Núcleo de Engenharia Mecânica da UFS. No início das nossas atividades houve as etapas de seleção dos materiais para montar o trocador de calor. Essa fase se constituía em selecionar os materiais e peças adequadas para montar o dispositivo a ser utilizado na cogeração. O grupo reuniu-se diversas vezes a fim de decidir qual o tipo de trocador de calor mais adequado, entre outros detalhes técnicos, em que se optou pelo trocador tipo tubo-carcaça. A etapa seguinte foi a pesquisa de materiais e dispositivos que pudessem ser aproveitados para a confecção do trocador. Nessa fase era necessário saber até que ponto da construção do trocador a equipe poderia adaptar outros equipamentos, ao invés de especificar e comprar um trocador. Outro ponto importante era saber se a equipe poderia aproveitar materiais similares para a confecção de tal dispositivo. Então se buscou diversos tipos de equipamentos.
Inicialmente a equipe cogitou sobre a possibilidade de se aproveitar algum tipo de radiador de automóvel ou trocadores de calor encontrados em aquecedores de água. Os radiadores seriam mais facilmente encontrados do que os aquecedores. Então surgiu a ideia de utilizar condensadores de aparelhos de ar condicionado. Estes são consideravelmente maiores do que os radiadores de automóvel, tendo maior área de troca térmica o que favoreceria seu uso em relação aos radiadores. Eu fiquei responsável por realizar uma busca por estes equipamentos. O nosso orientador, o Prof. Douglas, sugeriu que eu fosse até a prefeitura do campus. Lá falei com o pessoal da manutenção que me orientou a fazer uma busca por equipamentos de ar condicionado em estado de ociosidade nas dependências da UFS. A busca era por condensadores que podem ser encontrados em aparelhos de ar-condicionado. Depois de muita procura, conseguimos cinco condensadores. Os aparelhos de ar-condicionado dos quais foram retirados os condensadores encontravam-se em estado de ociosidade no depósito da Divisão de Máquinas e Equipamentos, DIMEQ/UFS. O pessoal do DIMEQ retirou os condensadores que foram cedidos ao Núcleo de Engenharia Mecânica. Um dos dispositivos se apresenta na figura abaixo:
O plano era aproveitar os tubos de cobre dos condensadores, mantendo suas formas originais. Pensamos em retirar as aletas que envolvem os tubos, pois estas ficam muito próximas umas das outras e não aguentariam a temperatura do gás de exaustão nem a concentração de fuligem e, possivelmente, material particulado que poderiam entupir estas passagens e o dispositivo apresentaria falha precoce.
Levantando tais hipóteses, teríamos como fase seguinte vistoriar os condensadores em busca de falhas como vazamentos nos tubos. A idéia era fazer passar água dentro dos tubos e o gás de exaustão por fora dos tubos e esse conjunto (uma combinação de condensadores) dentro de uma carcaça.
O grupo decidiu que a retirada das aletas era mesmo necessária, porém viu-se que não seria fácil de realizar. Outra dificuldade estava em combinar os condensadores: A configuração original dos tubos canalizadores de fluxo em cada condensador tinha terminações que eram bastante adequadas para seu uso no sistema de refrigeração do Split (ar condicionado original), mas não seria fácil e, possivelmente, não muito satisfatória, a adaptação para o nosso recuperador de calor.
Quanto à parte teórica do projeto da central algumas informações iniciais eram necessárias. Dados como o fluxo mássico e a temperatura dos gases de exaustão do motor-gerador estimados serviriam de base para projetar o dispositivo de recuperação de calor. Foi então desenvolvido um método para a estimativa de vazão dos gases de exaustão. Uma das características do método é de estimar a vazão a partir de dados pouco invasivos em relação ao grupo gerador, ou seja, medindo-se temperatura e composição química dos gases de exaustão, medidas que podem ser realizadas no tubo de escape do motor. Com o auxílio de um analisador de gases tais medidas podem ser efetuadas. É necessária também a indicação de um balanço energético preliminar, além de valores do excesso de ar admitido geralmente fornecidos pelo fabricante do motor mecânico juntamente com outros dados de operação. Faz-se necessária também uma modelagem para o combustível, a classificação da combustão quanto a sua eficiência e, claro, a especificação do ciclo de potência do motor, bem como o combustível utilizado (diesel, gás natural, mistura diesel-gás natural, gasolina, etc.). Tal modelagem nos fornece as informações necessárias ao balanço estequiométrico que tem suma importância na avaliação de processos de combustão, ou seja, processos envolvendo sistemas reagentes. A proposta do método é fazer um balanço de energia estimando o valor energético requerido e, a partir do valor do poder calorífico do combustível, determinar sua vazão mássica. Para obter-se o resultado para a vazão foi necessário fazer uso de softwares como o MathCad e o Interactive Thermodynamics, IT. Este último software contém em seu escopo valores referentes a propriedades termodinâmicas que são utilizados na necessária análise da reação. Quanto à temperatura dos gases de escape, não cheguei a uma estimativa razoável visto que esse resultado se apresenta muito sensível às variações de outros parâmetros de operação e na construção deste método de estimativa foi predominante a utilização de dados genéricos comumente adotados e muitos dados como eficiências de combustão e eficiência de geração elétrica, por exemplo, eram valores médios. Ou seja, os resultados obtidos para a temperatura apresentaram erros da ordem de 40 a 60%, o que mostra a pouca exatidão resultando na ineficácia do método.
Durante o desenvolvimento do método percebi que o cálculo da temperatura pode ser realizado com boa aproximação, porém a operação requer pleno conhecimento de diversos parâmetros sobre as condições do processo. Neste trabalho os processos que foram utilizados foram processos de operação em motores-geradores parcialmente especificados em dissertações e artigos. Assim, os dados fornecidos não tinham precisão o suficiente para gerar, por este ou outro método, resultados exatos e/ou precisos. Nem sempre é possível se obter um resultado preciso ou exato, porém mais importante é descobrir meios de atingir melhor resultados ou, ainda, descobrir quais decisões evitar durante a busca por uma solução.
A realização das atividades de pesquisa do ano de 2010/2011 no PICVOL me proporcionou mais domínio dos assuntos vistos em sala de aula na medida em que me possibilitou aplicar conhecimentos até então puramente teóricos. Em minha opinião, a atividade de pesquisa representa uma fase primordial de aprendizagem dos cursos de ciências aplicadas, como é o caso do curso de Engenharia Mecânica. Na atividade de pesquisa os conhecimentos adquiridos no curso teórico são testados, revisados, fixados e finalmente podem se transformar em práticas podendo gerar recursos materiais, desenvolvimento e inovação tecnológica.