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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO
ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA
GERAÇÃO DE VAPOR UTILIZANDO ENERGIA SOLAR PARA
INJEÇÃO EM POÇOS PETROLÍFEROS
Anderson Ferreira da Silva
Novembro, 2018
NATAL, RN
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Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
ii Anderson Ferreira da Silva
a
Anderson Ferreira da Silva
ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA GERAÇÃO DE
VAPOR UTILIZANDO ENERGIA SOLAR PARA INJEÇÃO EM POÇOS
PETROLÍFEROS
Trabalho apresentado ao Curso de
Engenharia de Petróleo da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte como
requisito parcial para a obtenção do título
de Engenheiro de Petróleo.
Orientador: Dr. Marcos Allyson Felipe Rodrigues
Novembro, 2018
NATAL, RN
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iii Anderson Ferreira da Silva
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Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
iv Anderson Ferreira da Silva
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SILVA, Anderson Ferreira da. Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de
vapor utilizando energia solar para injeção em poços petrolíferos. 2018. 55 f. TCC
(Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Natal, Brasil, 2018.
Palavras-Chaves: Coletor solar, injeção de vapor, caldeira.
Orientador: Prof. Dr. Marcos Allyson Felipe Rodrigues
RESUMO
___________________________________________________________________________
A maior parcela da produção de petróleo on-shore brasileira, é realizada em campos maduros.
Para essa produção acontecer, é necessária a aplicação de métodos térmicos de recuperação que
promovem a redução da viscosidade do óleo. A injeção de vapor é um dos métodos térmicos
mais utilizados e, por isso, faz-se necessário o estudo do processo de geração de vapor. Foram
estudadas situações em que se aplica a energia heliotérmica, empregando coletores lineares do
tipo Fresnel com diferentes configurações, buscando uma economia quantitativa e
consequentemente financeira do combustível consumido pela caldeira de modelo aquatubular.
Foram realizadas análises em seis sistemas diferentes, cada sistema apresentando um gradiente
de temperatura distinto. A temperatura de entrada na caldeira variou de 40 °C a 90 °C, enquanto
que a temperatura de saída foi mantida em 288 °C. Os estudos financeiros foram baseados nos
dados de consumo de combustível da caldeira de cada uma das situações, nos custos
relacionados à aquisição da planta solar, assim como, nos custos da sua manutenção. Ao
analisar os resultados de cada caso, foi possível perceber que, independentemente do
dimensionamento da planta solar e dos custos que ela gera, os resultados econômicos mostraram
uma excelente rentabilidade para esse projeto.
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SILVA, A. F. da. Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de vapor utilizando
energia solar para injeção em poços petrolíferos. 2018. 55 f. TCC (Graduação) - Curso de
Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil, 2018.
Keywords: Solar collector, steam injection, boiler.
Tutor: Prof. Dr. Marcos Allyson Felipe Rodrigues
ABSTRACT
__________________________________________________________________________
Most of Brazil's on-shore oil production is carried out in mature fields. As regards production,
an application of recovery thermometers should be obtained which promotes a reduction in the
viscosity of the oil. Injection of steam is one of the most used thermal media and, therefore, it
is necessary to study the steam generation process. It has studied the situations in which a
heliothermic energy is applied, employing linear Fresnel reflector with different configurations,
seeking a quantitative and consequently financial economy of the fuel consumed by the
aquatubular boiler. Analyzes were performed in six different systems, each system presenting
a distinct temperature gradient. The inlet temperature in the boiler ranged from 40 ° C to 90 °
C, while the outlet temperature was maintained of 288 °C. The financial studies were based on
the fuel consumption data of the boiler of each one of the situations, in the costs related to the
acquisition of the solar plant, as well as in the costs of its maintenance. When analyzing the
results of each case, it was possible to perceive that, regardless of the size of the solar plant and
the costs it generates, the economic results showed an excellent profitability for this project.
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vi Anderson Ferreira da Silva
a
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, Kerginaldo
Francisco da Silva e Maria Denice Ferreira da
Silva, a minha irmã, Andressa Kelly Ferreira da
Silva, por sempre me apoiarem e por sempre
estarem comigo ajudando a vencer todos os
desafios que surgiram em nossas vidas.
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vii Anderson Ferreira da Silva
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus por me dá graça da vida e por sempre abençoar e
proteger a mim e a minha família.
Aos meus pais, a minha irmã, a minha namorada, amigos e a toda minha família que
sempre acreditaram em mim.
Aos meus avôs, Genival Ferreira e José Francisco da Silva (in memoriam) e as minhas
avós Maria de Lurdes Ferreira e Maria Inês da Silva, por sempre acreditarem em mim e pelo
carinho e confiança.
A Brent Engenharia, por me proporcionar experiências e conhecimentos que foram de
grande importância para me tornar a pessoa que sou hoje.
Ao Capítulo Estudantil SPE UFRN pelas oportunidades que me concederam vivencias
incríveis.
Ao meu orientador Prof. Dr. Marcos Allyson Felipe Rodrigues, por todo apoio durante
o desenvolvimento desse trabalho.
A Universidade Federal do Rio Grande do Norte, por me dar todo o suporte para
concluir essa graduação.
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viii Anderson Ferreira da Silva
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Sumário
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 13
2 ASPECTOS TEÓRICOS ................................................................................... 15
2.1 A IMPORTÂNCIA DO PETRÓLEO .......................................................................... 15
2.2 MÉTODOS DE RECUPERAÇÃO DE PETRÓLEO ....................................................... 15
2.2.1 Métodos térmicos ...................................................................................... 17
2.3 INJEÇÃO CÍCLICA DE VAPOR ............................................................................... 17
2.4 INJEÇÃO CONTÍNUA DE VAPOR ........................................................................... 18
2.5 GERAÇÃO DE VAPOR .......................................................................................... 19
2.5.1 Consumo e quantidade de calor requerido da caldeira ........................... 21
2.6 ENERGIA SOLAR ................................................................................................. 21
2.7 ENERGIA HELIOTÉRMICA ................................................................................... 23
2.8 COLETORES SOLARES ........................................................................................ 24
2.8.1 Coletor solar concentrado ........................................................................ 24
Coletor cilíndrico parabólico (Parabolic trough collector - PTC) ....... 25
Refletor disco parabólico (Parabolic dish reflector – PDR) ................ 26
Torre de concentração (Central receiver system) ................................. 26
Refletor linear Fresnel (Linear Fresnel reflector – LFR) ..................... 27
2.9 ANÁLISE ECONÔMICA DE PROJETOS ................................................................... 28
2.9.1 Valor presente líquido – VPL ................................................................... 29
3 MATERIAS E MÉTODOS ............................................................................... 30
3.1 DADOS DA INJEÇÃO ........................................................................................... 30
3.2 DADOS TÉCNICOS DO COLETOR .......................................................................... 30
3.3 DADOS TÉCNICOS DA CALDEIRA ........................................................................ 31
3.4 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA .............................................................. 32
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................... 34
4.1 CONSUMO E CUSTO DO GERADOR DE VAPOR SEM A APLICAÇÃO DO LFR ........... 34
4.2 SISTEMA 1 ......................................................................................................... 34
4.3 SISTEMA 2 ......................................................................................................... 37
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ix Anderson Ferreira da Silva
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4.4 SISTEMA 3 ......................................................................................................... 39
4.5 SISTEMA 4 ......................................................................................................... 41
4.6 SISTEMA 5 ......................................................................................................... 44
4.7 SISTEMA 6 ......................................................................................................... 46
4.8 DETERMINAÇÃO DO VPL................................................................................... 48
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ........................................................ 50
5.1 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 50
5.2 RECOMENDAÇÕES ............................................................................................. 50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 52
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1 – Processo de Recuperação de Petróleo .................................................................. 16
Figura 2-2 – Processo de Injeção Cíclica de Vapor.................................................................. 18
Figura 2-3 – Processo de Injeção Contínua de Vapor .............................................................. 19
Figura 2-4 – Caldeira Flamotubular ......................................................................................... 20
Figura 2-5 – Caldeira Aquatubular ........................................................................................... 21
Figura 2-6 – Geometria Sol/Terra ............................................................................................ 22
Figura 2-7 – Coletor Cilíndrico Parabólico .............................................................................. 25
Figura 2-8 – Coletor Disco Parabólico ..................................................................................... 26
Figura 2-9 – Torre de Concentração ......................................................................................... 27
Figura 2-10 – Refletor Linear de Fresnel ................................................................................. 28
Figura 4-1 – VPL de todos os sistemas .................................................................................... 49
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LISTA DE TABELAS
Tabela 2-1 – Médias mensais de irradiação global horizontal em cada região do Brasil......... 23
Tabela 2-2 – Tipos de Coletores ............................................................................................... 24
Tabela 3-1 – Área dos Concentradores Lineares tipo Fresnel .................................................. 31
Tabela 3-2 – Dados importantes para o cálculo de consumo de combustível .......................... 32
Tabela 3-3 - Entalpia da Água para as temperaturas da Caldeira e do LFR ............................. 32
Tabela 3-4 - Tabela de Preços .................................................................................................. 33
Tabela 4-1 – Economia financeira (Sistema 1) ........................................................................ 37
Tabela 4-2 – Economia financeira (Sistema 2) ........................................................................ 39
Tabela 4-3 – Economia financeira (Sistema 3) ........................................................................ 41
Tabela 4-4 – Economia financeira (Sistema 4) ........................................................................ 43
Tabela 4-5 – Economia financeira (Sistema 5) ........................................................................ 46
Tabela 4-6 – Economia financeira (Sistema 6) ........................................................................ 48
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LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SÍMBOLOS E/OU SIGLAS
CO2 – Dióxido de carbono
kcal/kg – quilo caloria por quilograma
kg/h – quilograma por hora
kg/m³ – quilograma por metro cúbico
kgf/cm² – quilograma força por centímetro quadrado
kJ/kg – quilo joules por quilogramas
m² – metro quadrado
m³/d – metro cúbico por dia
m³/h – metro cúbico por hora
N2 – Nitrogênio
R$/m³ - real por metro cúbico
R$/m²/ano – real por metro quadrado por ano
R$/US$ – real por dólar
R$/€ – real por euro
ton/h – toneladas por hora
US$/m² – dólares por metros quadrados
W/m² – Watts por metro quadrado
Wh/m² – Watts hora por metro quadrado
€/m²/ano – euro por metro quadrado por ano
°C – grau Celsius
% – porcentagem
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1 INTRODUÇÃO
De acordo com o Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis – IBP, os
combustíveis fósseis juntos compõem cerca de 80% da energia primária mundial, então o
petróleo ainda possui um papel muito importante na oferta mundial de energia, e esse cenário
irá continuar por um bom tempo.
Segundo a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP, em
2017, as reservas de petróleo encontradas no mundo atingiram 1,7 trilhões de barris de petróleo.
No Brasil o volume das reservas é de 12,8 bilhões de barris e ocupando a 10ª posição no ranking
de países produtores de petróleo totalizando no ano de 2017 e uma produção de 2,7 milhões de
barris/dia.
A busca pelo petróleo ainda é uma prioridade para a sociedade moderna, entretanto, em
algum momento esse cenário irá mudar. A indústria de óleo e gás vê isso, e está implementando
o uso das energias renováveis em seus processos. O uso de tecnologias, tais como a energia
provinda dos ventos ou a energia oriunda do sol, são de excelente aplicabilidade, pois são
energias praticamente inesgotáveis.
A produção de petróleo demanda de alguma fonte de energia para que todos os processos
de explotação ocorram. Os reservatórios de petróleo possuem essa energia, porém em muitos,
casos com o tempo, essa energia é esgotada e é necessário aplicar uma energia suplementar.
Muitos reservatórios de petróleo encontram-se em declínio produtivo, principalmente campos
petrolíferos on-shore. São os chamados campos maduros, que são campos de petróleo que estão
em produção há mais de 25 anos. Estes campos produzem uma quantidade muito baixa de
hidrocarbonetos, por esse motivo a indústria busca meios de aumentar a produção.
Na maioria das vezes, os métodos aplicados nestes reservatórios de óleo pesado que
apresentam baixa produção são os métodos térmicos de recuperação, que buscam elevar a
temperatura do óleo, reduzindo sua viscosidade e ajudando no seu deslocamento. O método de
recuperação suplementar térmico é o processo que mais se destaca nos campos de petróleo
maduros. Entre os vários métodos térmicos de recuperação existentes, destaca-se a utilização
da injeção cíclica de vapor e a injeção contínua de vapor.
A injeção de vapor cíclica consiste de três estágios, o primeiro trata-se de uma injeção
por um período pré-estabelecido. O segundo estágio é caracterizado pelo fechamento do poço
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para que o calor seja espalhado pela formação. O terceiro estágio consiste na mudança de um
poço injetor para produtor e então inicia-se a produção (THOMAS, 2008).
Na injeção continua, diferentemente da injeção cíclica, a injeção ocorre em diferentes
poços de forma contínua, assim formando uma zona de vapor que se expande pela formação,
causando a diminuição da viscosidade do óleo (ROSA, 2006).
O processo de injeção de vapor, bem como, para qualquer processo industrial é
necessário a aplicação de uma fonte energética para que o processo ocorra, nesse caso, a energia
empregue é a térmica. O calor gerado pelas caldeiras, que são alimentadas por algum
combustível que sofre combustão, gera calor ao sistema, assim, gerando o vapor. Para melhorar
esse processo de geração de vapor, o aproveitamento de uma fonte energética renovável,
apresenta uma enorme viabilidade técnica ao processo.
O interesse por renovação e fontes alternativas de energia trouxe um impulso para a
comunidade cientifica, a qual vem sendo explorada para desenvolver novas formas de melhor
aproveitamento dessas fontes energéticas, buscando a redução de impactos ambientais e a
menor dependência mundial de fontes energéticas não-renováveis (DUPONT et al., 2015).
Dessa forma, este trabalho foi desenvolvido visando reduzir o consumo de um gerador
de vapor, aplicando a tecnologia de coletores solares e buscando diminuir os custos desse
gerador de vapor.
Para tanto, foram estudados modelos de coletores solares concentrados, para ver a sua
aplicabilidade nesse sistema de injeção de vapor. Foram realizadas seis análises financeiras,
para seis situações, cada uma com uma configuração de temperatura de entrada e saída do
coletor solar específica, e também diferentes temperaturas de entrada para a caldeira.
Este trabalho foi estruturado em cinco capítulos. O capítulo 1 refere-se a uma breve
introdução sobre o tema do trabalho. No capítulo 2, foi feita uma revisão bibliográfica de
publicações referentes a engenharia de petróleo, à geração de vapor, à energia solar, a coletores
solares e análise financeira, sendo apresentados diversos aspectos teóricos necessários para o
bom entendimento deste trabalho. O capítulo 3 aborda os materiais e métodos utilizados para a
obtenção dos resultados. O capítulo 4 aponta os resultados obtidos a partir de cálculos de
consumo de combustível do gerador de vapor e análise financeira de projeto, promovendo uma
análise e discussão desses resultados. O capítulo 5 apresenta as conclusões obtidas a partir dos
resultados e as recomendações para a futura continuação deste trabalho.
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2 ASPECTOS TEÓRICOS
Nesse capítulo, serão tratadas as fundamentações teóricas utilizadas neste trabalho de
conclusão de curso, com o intuito de explicar todos os conceitos presentes.
2.1 A importância do petróleo
De acordo com a ANP, o consumo de petróleo no ano de 2017, teve um incremento de
2,7%, em relação à média de crescimento nos últimos 10 anos, ou seja, a demanda por
combustível fóssil ainda é uma realidade para o mundo.
O petróleo é definido do ponto de vista físico-químico como uma combinação de
carbonos e hidrogênios, denominado hidrocarboneto, de origem orgânica, que podem ser
encontrados nas três fases de estado, líquida, sólida ou gasosa, que vem a depender da pressão
e temperatura em que se encontram. A formação do petróleo se dá em condições bem
específicas, são uma sequência de eventos onde a matéria orgânica acumula-se sob pressões de
sedimentos que são aglutinados em uma depressão presente no relevo, chamada bacia
sedimentar, durante milhões de anos.
O petróleo é encontrado em várias regiões do planeta com diferentes características. As
formas de extrair esse recurso possuem custos elevados, fazendo com que a indústria busque
meios de melhorar a produção dos campos maduros, que apresentam um óleo mais pesado.
Onde o grande desafio é explota-los de forma eficiente apresentando um custo economicamente
viável.
2.2 Métodos de recuperação de petróleo
O petróleo acumulado na bacia sedimentar não é totalmente retirado, para mudar esse
paradigma existem métodos que buscam impulsionar ao máximo a produção. Os métodos
convencionais de recuperação são divididos em três métodos: recuperação primária,
recuperação secundária e os métodos convencionais e especiais de recuperação avançada.
Para que sejam produzidos os hidrocarbonetos presentes na rocha-reservatório, é
necessária uma energia natural do próprio reservatório, chamado processo de recuperação
primária. Esse processo possui três mecanismos são eles: gás em solução, capa de gás e influxo
de água (ROSA, 2006).
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A energia primária vai diminuindo com o processo de produção, consequentemente a
própria produção de fluidos também sofre decréscimo. Essa perda de energia é causada pela
queda de pressão que ocorre no reservatório e causada também pelas forças capilares e viscosas
do fluido. Para compensar essa perda de energia, inicia-se a recuperação secundária. A
recuperação secundária tem a função de realizar a suplementação das pressões do reservatório
de forma artificial, e seus objetivos são o aumento da eficiência de recuperação e um aumento
da produção (ROSA, 2006).
O processo de EOR (Enhanced Oil Recovery) ou método especial de recuperação
avançada, tem a função de retirar o óleo imóvel, ou seja, é o óleo que não foi produzido pelos
outros dois métodos, pois, se trata de um óleo que não pode ser produzido por forças viscosas
e/ou capilares (AL-MUTAIRI E KOKAL, 2011). O processo de EOR pode ser dividido em três
categorias: química, deslocamento miscível e térmica (SHEPHERD, 2009).
A Figura 2-1 mostra os processos de recuperação primário, secundário e o EOR.
Figura 2-1 – Processo de Recuperação de Petróleo
Fonte: Adaptado do STOSUR, 2003.
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2.2.1 Métodos térmicos
Os métodos térmicos são aplicados em reservatórios que se deseja diminuir a
viscosidade do óleo, ou seja, são aplicados em reservatórios que apresentam óleo pesado. Com
a aplicação destes métodos, a razão de mobilidade diminui, assim como a tensão superficial,
pois existe um incremento da temperatura no reservatório. Por causa desses fatores a
permeabilidade do óleo aumenta, e consequentemente o deslocamento do óleo em direção aos
poços produtores também é aumentada. (SINO, 2013).
Em campos maduros, normalmente são aplicados os métodos térmicos, pois nesses
campos a produção de óleo já está nos últimos anos de operação e o óleo imóvel não consegue
fluir naturalmente até os poços, precisando ser aquecido. Os principais métodos térmicos são o
de injeção cíclica de vapor e o de injeção contínua de vapor.
2.3 Injeção cíclica de vapor
A injeção cíclica de vapor ou processo de soaking trata-se de um método de injeção
periódica de vapor, que tem como principal função transferir calor para o reservatório numa
região próxima ao poço. Esse método tem a intenção de melhorar a mobilidade do óleo durante
a injeção e no período de soaking, que é o período em que o poço fica fechado por determinados
dias, logo a viscosidade do óleo também é influenciada. Após o período de injeção o poço é
fechado de 3 a 14 dias para que ocorra o soaking, durante esse tempo é esperado que o ocorra
a máxima transferência de calor para o reservatório. O range de recuperação da injeção cíclica
é de 5–25 % do total de óleo in place (ALIKHLALOV, 2011).
A Figura 2-2 a seguir mostra os três estágios que compõe basicamente a injeção cíclica
de vapor, são eles: período de injeção, período de soaking e período de produção.
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Figura 2-2 – Processo de Injeção Cíclica de Vapor
Fonte: Adaptado de ALIKHLALOV, 2011.
2.4 Injeção contínua de vapor
Segundo Alikhlalov 2011, a injeção contínua de vapor é bem mais complicada se
comparado ao processo de injeção cíclica de vapor. Nesse método, no mínimo são usados dois
poços, um para injeção e outro para produção de óleo. O vapor injetado aquece a formação em
torno do poço e com o tempo forma-se uma zona de vapor e essa zona vai aumentado, e
consequentemente a saturação de óleo nessa região diminui. O óleo tem a sua viscosidade
diminuída e sua razão de mobilidade aumentada, então o óleo é movido para a região mais fria,
ou seja, a região onde se encontra o poço produtor.
A Figura 2-3 a seguir ilustra o processo de injeção contínua de vapor. Durante esse
processo o vapor injetado no reservatório sofre perdas de calor fazendo que esse vapor seja
condensado. Esse condensado de vapor também auxilia no deslocamento do petróleo dentro do
reservatório, empurrando o óleo, pois a água apresenta maior densidade se comparado ao óleo.
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Figura 2-3 – Processo de Injeção Contínua de Vapor
Fonte: Adaptado de HONG, 1994.
2.5 Geração de vapor
As Caldeiras ou Geradores de Vapor geram energia térmica através da queima de
combustíveis que fornecem calor sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição, mais
o calor latente que por fim muda o estado físico da água de liquida para gasosa (ROCCO, 2012)
A água é uma matéria prima bastante abundante no planeta e de baixo custo, por isso é
muito utilizada para a geração de energia. O vapor que seria a fase gasosa da água, é muito
emprega nas indústrias, pois possui alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume.
No século de 17 ocorreu as primeiras aplicações de vapor para a geração de energia no setor
industrial. Uma bomba de água que utilizava vapor como força motriz teve sua patente em 1698
e logo em seguida em 1711, foi desenvolvido a caldeira de Haycock, que também foi
desenvolvida para bombear água (BIZZO, 2003).
De acordo com Bizzo 2003, as caldeiras são classificadas em Caldeiras Flamotubulares
e Caldeiras Aquatubulares. As caldeiras flamotubulares possuem tubos por onde passam os
gases, ao redor destes tubos está a água a ser aquecida e evaporada. As caldeiras flamotubulares
são geralmente empregadas em pequenas unidades geradoras de vapor, apresenta uma vazão
mássica (de até 10 ton/h) e baixas pressões (até 10 kgf/cm²), chegando algumas vezes a 15 ou
20 kgf/cm².
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A caldeira flamotubular apresenta rendimentos baixos de acordo com as normas da
American Society of Mechanical Engineers (ASME), a eficiência desse tipo de máquina térmica
não supera 78% em condições boas de limpeza (ELETROBRÁS, 2005). A Figura 2-4 ilustra o
princípio de funcionamento da caldeira flamotubular.
Figura 2-4 – Caldeira Flamotubular
Fonte: ELEKTRO, 2016.
As caldeiras aquatubulares, diferentemente das caldeiras flamotubulares, têm a queima
dos combustíveis que geram o calor para vaporizar a água fluindo externamente aos tubos, já a
água passa pelo interior destes tubos. Estes tipos de caldeiras apresentam uma maior capacidade
de produção de vapor por unidade de área de troca de calor (ELEKTRO, 2016). As pressões
atingidas podem atingir valores entre 90 e 100 bar, e um range de vazão mássica de 15 a 150
ton/h (BIZZO, 2003).
A ASME afirma que a eficiência de uma caldeira aquatubular é bem superior ao outro
modelo de caldeira, essa a eficiência está entre 80 % e 85 % (ELETROBRÁS, 2005). A Figura
2-5 a seguir ilustra o princípio de funcionamento da caldeira aquatubular.
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Figura 2-5 – Caldeira Aquatubular
Fonte: ELEKTRO, 2016.
2.5.1 Consumo e quantidade de calor requerido da caldeira
O consumo de combustível de uma caldeira aquatubular pode ser calculada a partir da
Equação 2-1 de eficiência térmica pelo método direto:
𝜂 = �̇�𝑣∗(ℎ𝑣−ℎ𝑎)
�̇�𝑐∗𝑃𝐶 (2-1)
𝜂 – eficiência da caldeira
�̇�𝑣 – vazão mássica de vapor [kg/h]
�̇�𝑐 – vazão mássica de combustível [kg/h]
ℎ𝑣 – entalpia do vapor produzido [kJ/kg]
ℎ𝑎 – entalpia da água de entrada [kJ/kg]
𝑃𝐶 – Poder Calorifico Superior do combustível [kJ/kg]
Isolando a �̇�c, têm-se:
�̇�𝑐 = �̇�𝑣∗(ℎ𝑣−ℎ𝑎)
𝜂∗𝑃𝐶 (2-2)
2.6 Energia solar
A energia solar se trata de uma fonte energética praticamente inesgotável, diferente de
outras fontes, pois ela é proveniente da estrela mais próxima do planeta terra, o Sol. Nas últimas
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décadas, a aplicação dessa fonte de energia se intensificou, principalmente em residências e
também teve sua aplicabilidade em industrias. A principal responsável pelo aumento da
participação da energia solar na matriz energética do mundo, foi a geração fotovoltaica
(ATLAS, 2017).
A quantidade de energia solar que atinge a terra assim como a duração do dia, dependem
do ciclo anual e do ciclo diário do globo terrestre respectivamente. A duração do dia é
relacionada as estações do ano, já o ciclo anual ocorre, pois, há uma inclinação de 23,45 graus
do eixo da Terra em relação ao plano equatorial, como é ilustrado na Figura 2-6 (ATLAS,
2017).
Figura 2-6 – Geometria Sol/Terra
Fonte: ATLAS, 2017.
A irradiância solar (W/m²) ou fluxo de radiação solar, possui as componentes direta, que
é a irradiância que não sofre interferências dos gases presentes na atmosfera, e a difusa, que
sofre absorção e espalhamento dos gases e partículas presentes na atmosfera. A integral da
irradiância no tempo é definida como irradiação solar (Wh/m²) (ATLAS, 2017).
Na Tabela 2-1 a seguir, são apresentadas as irradiações globais horizontais médias
mensais dos totais diários em cada região do Brasil.
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Tabela 2-1 – Médias mensais de irradiação global horizontal em cada região do Brasil
Região
r
Viés
(Wh/m²)
Viés
(%)
REQM
(Wh/m²)
REQM
(%)
Irradiação Global
Horizontal Média
Observada
(Wh/m²)
Norte 0,81 30 0,6% 467 9,7% 4825
Nordeste 0,87 12 0,2% 456 8,3% 5483
Centro-Oeste 0,86 23 0,5% 421 8,3% 5082
Sudeste 0,91 4 0,1% 416 8,4% 4951
Sul 0,98 -4 -0,1% 395 8,9% 4444
Médio 0,89 12 0,2% 421 8,2% 5153
Fonte: Adaptado de ATLAS, 2017.
2.7 Energia heliotérmica
A energia heliotérmica ou energia solar térmica concentrada (Concentrated Solar Power
- CSP), é uma tecnologia de geração de energia limpa, ela funciona como uma usina
termelétrica, porém a fonte de energia é proveniente dos raios solares. O princípio básico é a
utilização da concentração dos raios solares diretos que aquecem um fluido (normalmente é
aplicado a água), logo após converte-o para a fase gasosa através do calor que fora gerado pelo
Sol e em seguida a energia térmica é transformada em energia mecânica movimentando turbinas
e gerando energia elétrica (LAMPKOWSKI, 2017).
Além disso, a energia heliotérmica pode ser aplicada em outras industrias, pois não
necessariamente o fluido que é aquecido deve ser aplicado para a geração de energia elétrica.
A indústria petrolífera é um exemplo, como foi explicado anteriormente nessa indústria ocorre
a injeção de vapor e/ou água quente em reservatórios de petróleo, e esse processo ocorre por
meio de geradores de vapor que utilizam combustíveis como fonte energética que acarreta na
geração de gases nocivos ao meio-ambiente.
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2.8 Coletores solares
Coletores solares são essencialmente trocadores de calor, pois transferem o calor gerado
pela radiação oriunda do sol para um fluido. São divididos basicamente em coletor solar
concentrado e não-concentrado. O coletor concentrado possui regiões refletoras côncavas que
recebem a radiação solar e a concentram em uma área menor, já o coletor não-concentrado
possui mesma área para receber e absorver a radiação. Na Tabela 2-2, têm-se alguns tipos de
coletores solares que existem no mercado (TYAGI et al., 2012).
Tabela 2-2 – Tipos de Coletores
Movimento Tipo de Coletor Tipo de
Concentração
Taxa de
Concentração
Range de
Temperatura
(°C)
Estacionáro
Flat plate collector (FPC) Plano 1 30-80
Evacueted tube collector (ETC) Plano 1 50-200
Compound parabolic collector
(CPC) Tubular 1-5 60-20
Rastreador
de Um Eixo
Linear Fresnel reflector (LFR) Tubular 10-40 60-250
Parabolic trough collector (PTC) Tubular 15-45 60-300
Cylindrical through collector
(CTC) Tubular 10-50 60-300
Rastreador
de Dois
Eixos
Parabolic dish reflector (PDR) Pontual 100-1000 100-500
Parabolic dish reflector (PDR) Pontual 100-1500 150-2000
Fonte: Adaptado de TYAGI et al., 2012
2.8.1 Coletor solar concentrado
Os coletores de concentração solar são muito aplicados em processos de produção de
energia elétrica. A grande vantagem dos coletores concentrados é a capacidade de gerar
temperaturas muito altas, pois os raios solares são concentrados em uma única região, então a
energia é concentrada nesse ponto opticamente, e logo após esta energia é transferida para o
fluido (LAMPKOWSKI, 2017).
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As seções seguintes apresentam alguns modelos de coletores solares concentrados.
Coletor cilíndrico parabólico (Parabolic trough collector - PTC)
Esse modelo de coletor é capaz de fornecer temperaturas altas e com uma eficiência boa,
a temperatura é em torno de 50 à 400 °C. Coletores cilíndricos parabólicos são formados por
materiais refletores em formato de parábola, um tubo receptor feito de metal preto, coberto por
outro tubo, porém esse é feito de vidro com a função de diminuir as perdas de calor para o
ambiente. Toda a radiação que atinge a parábola é refletida para este receptor, assim
transferindo calor para o fluido que circular através dele. Uma vantagem desse modelo de
coletor é a possibilidade de rastrear o sol, nos sentidos Norte-Sul ou Leste-Oeste
(KALOGIROU, 2014).
O receptor presente na calha parabólica é linear e seu tamanho depender das condições
de fabricação da calha e da área que será refletida do sol. O material que reveste a calha, além
de possuir uma boa reflexão também deve possuir alta absorção de radiação solar e baixa
emissão de radiação térmica (KALOGIROU, 2014). Uma representação da composição do
coletor cilíndrico é apresentada na Figura 2-7.
Figura 2-7 – Coletor Cilíndrico Parabólico
Fonte: Adaptado de TYAGI et al., 2012.
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Refletor disco parabólico (Parabolic dish reflector – PDR)
O projeto do concentrador disco parabólico é esquematicamente desenvolvido para
direcionar a radiação solar que atinge o disco para um único ponto focalizado. A estrutura do
disco permite o rastreamento do sol em dois eixos, permitindo que o equipamento esteja
posicionado da melhor forma para obter a radiação solar (TYAGI et al., 2012). Uma
representação do coletor disco parabólico é apresentada na Figura 2-8.
Figura 2-8 – Coletor Disco Parabólico
Fonte: Adaptado de TYAGI et al., 2012.
O receptor presente no coletor absorve a radiação solar e a converte em energia térmica
por meio de um fluido, então essa energia térmica gerada pode ser aplicada para a geração de
energia elétrica. Os sistemas de coletores disco parabólicos são capazes de alcançar
temperaturas acima dos 1500 °C (KALOGIROU, 2014).
Torre de concentração (Central receiver system)
A torre de concentração solar, que também é conhecida por campo de heliostato, contém
vários espelhos levemente côncavos que direcionam a radiação solar para um único ponto, que
seria a o receptor instalado no topo da torre, como pode ser observado a seguir na Figura 2-9
(KALOGIROU, 2014).
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Figura 2-9 – Torre de Concentração
Fonte: Adaptado de KALOGIROU, 2014.
Segundo Kalogirou (2014), o calor acumulado no receptor, assim como nos outros
modelos de coletores solares concentrados, é transferido para o fluido de transferência de calor,
e essa energia térmica pode ser transformada energia elétrica através de turbinas geradoras. Os
heliostatos possuem uma área superficial refletora variando entre 50 e 150 m².
Refletor linear Fresnel (Linear Fresnel reflector – LFR)
O concentrador linear do tipo Fresnel consiste basicamente de campo de espelhos,
receptores e sistema de rastreamento. A radiação solar direta é refletida pelos espelhos
montados paralelamente em direção a um receptor linear fixo (LIN et al., 2013). A Figura 2-10
ilustra a composição básica de um LFR.
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Figura 2-10 – Refletor Linear de Fresnel
Fonte: Adaptado de LIN et al., 2013.
O LFR é bem semelhante ao coletor cilíndrico parabólico, porém os espelhos são planos
ou com uma pequena curvatura, que são grandes vantagens pois são espelhos mais baratos
quando comparado com o espelho cilíndrico parabólico. Essa tecnologia apresenta algumas
dificuldades em relação ao sombreamento e ao bloqueio que ocorrem pelos próprios refletores,
devido ao espaçamento entre cada refletor, e isto que causa diminuição na eficiência do coletor
(KALOGIROU, 2014).
2.9 Análise econômica de projetos
Na tomada de decisões de investimento, as análises de viabilidade econômica devem
ser realizadas com medidas e critérios que sejam avaliados cautelosamente, visando obter dados
consistentes sobre o retorno dos investimentos e os possíveis riscos a serem assumidos. Entre
os vários métodos existentes para identificar a geração de valor, os mais utilizados são o Valor
Presente Líquido (VPL), Payback simples, Payback descontado e Taxa Interna de Retorno
(TIR) (HOJI, 2014).
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2.9.1 Valor presente líquido – VPL
Em uma análise de investimentos de projeto, o critério mais aplicado é o valor presente
líquido (VPL), o intuito dessa análise é quantificar o ganho financeiro que teria na realização
de um investimento a uma determinada taxa de juros.
O VPL determina em valores monetários do investimento, através da diferença entre o
valor presente na entrada do caixa e o valor presente na saída do caixa, a uma determinada taxa
de desconto (REBELATTO, 2004).
O valor presente líquido é determinado pela Equação 2-3 a seguir:
𝑉𝑃𝐿 = ∑𝐹𝑡
(1+𝑖)𝑡𝑛𝑡=0 − 𝐼0 (2-3)
Onde:
VPL – valor presente líquido descontado a uma taxa i [R$]
Ft = cada um dos diversos valores envolvidos no fluxo de caixa e que ocorrem em t. É
definido como a diferença entre a receita gerada e os dispêndios do período t [R$]
t – período genérico (t=0 a t=n), percorrendo todo fluxo de caixa [anos]
i – Taxa Mínima de Atratividade (TMA) ou ainda, neste caso, taxa de desconto [%]
𝐼0 – investimento inicial do projeto [R$]
n – número de períodos do fluxo [anos]
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3 MATERIAS E MÉTODOS
O Capitulo 3 inicia-se apresentando as informações e parâmetros de um coletor genérico
de concentração solar linear tipo Fresnel. São apresentados os dados referentes ao sistema de
aquecimento solar e ao sistema de aquecimento gerado através da caldeira aquatubular, a serem
inseridos no sistema de geração de vapor em estudo. Os dados para os cálculos econômicos
também serão tratados nesse capitulo, incluindo o VPL.
3.1 Dados da injeção
Será realizado o dimensionamento do sistema de aquecimento por meio do coletor solar,
além de cálculos de consumo de combustível da caldeira aquatubular, comparando situações
diferentes onde ocorre uma variação de temperatura de entrada na caldeira. No processo de
geração de vapor, a temperatura inicial da água é de 30 °C e a temperatura final do vapor que
será injetado é de 288 °C.
3.2 Dados técnicos do coletor
Para uma melhor otimização do projeto, foi escolhido o modelo de coletor linear do tipo
Fresnel, pois esse apresenta boas vantagens, seja ela econômica ou técnica, e é bastante eficaz
para o seu propósito. O projeto foi definido em 6 sistemas diferentes, para cada sistema existe
uma configuração de temperatura diferente. A temperatura de saída do coletor varia de 40° à
90 °C, portanto, para cada uma das situações é incrementado uma temperatura de 10 °C
(TORRES, 2018).
Para esse projeto, o consumo de água considerado foi de 500 toneladas por dia, e
considerando uma eficiência de 0,8, a vazão mássica de vapor gerado e injetado será de 400 t/d.
O tempo útil de Sol é de 8 horas por dia, a massa total que passa pelo concentrador nesse
intervalo de tempo é de 133333 quilogramas e a vazão mássica será de 16666,7 kg/h (TORRES,
2018). Não foram considerados perdas de temperatura
A Tabela 3-1 apresenta as áreas determinadas nos estudos realizados por Torres, 2018.
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Tabela 3-1 – Área dos Concentradores Lineares tipo Fresnel
SISTEMA ÁREA (m²)
1 471,27
2 942,53
3 1413,8
4 1885,07
5 2356,33
6 2827,6
Fonte: Adaptado de TORRES,2018.
3.3 Dados técnicos da caldeira
Os parâmetros apresentados a nessa seção foram utilizados para determinar o consumo
de combustível da caldeira nas condições especificas de cada situação, tendo como base a
aplicação desse projeto por um tempo total de 25 anos, baseando-se no tempo de vida de um
campo de petróleo. Em cada situação foi determinado a quantidade de combustível por hora,
esses gastos com combustível foram empregados nos cálculos de viabilidade econômica.
O combustível comumente utilizado no processo é o óleo diesel, com um poder calorifico
superior de 10954 kcal/kg (BIZZO, 2003). O diesel possui uma massa específica variando de
815 a 865 kg/m³, a massa específica do óleo diesel considerada para esse trabalho foi de 825
kg/m³ (PETROBRAS, 2014).
Durante às 16 horas restantes do dia, a temperatura de entrada da caldeira será de 30 °C,
portanto o consumo de combustível total da caldeira será a soma entre o consumo sem a
aplicação coletor LFR e o consumo com a aplicação do coletor LFR.
A eficiência de uma caldeira aquatubular varia de 80% a 85 %, para esse projeto
consideramos a eficiência de 85% (ELETROBRÁS, 2005).
A Tabela 3-2 a seguir resume todos os dados técnicos do gerador de vapor.
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Tabela 3-2 – Dados importantes para o cálculo de consumo de combustível
PROPRIEDADE QUANTIDADE
Vazão mássica total de água 500 t/d
Vazão mássica total de vapor 400 t/d
Título do vapor 0,8
Eficiência da Caldeira 85%
Temperatura da entrada da caldeira (sem coletor) 30 °C
Vazão mássica de vapor 16666,667 kg/h
Massa específica do diesel 825 kg/m³
Poder calorífico do óleo diesel 10954 kcal/kg
Fonte: Autor, 2018.
As entalpias referentes às temperaturas de entrada e saída da caldeira aquatubular e
também referentes às temperaturas de entrada e saída do LFR, são apresentadas na Tabela 3-3:
Tabela 3-3 - Entalpia da Água para as temperaturas da Caldeira e do LFR
ENTALPIA (30 °C) 125,79 kJ/kg
ENTALPIA (40 °C) 167,57 kJ/kg
ENTALPIA (50 °C) 209,33 kJ/kg
ENTALPIA (60 °C) 251,13 kJ/kg
ENTALPIA (70 °C) 293 kJ/kg
ENTALPIA (80 °C) 334,91 kJ/kg
ENTALPIA (90 °C) 376,92 kJ/kg
ENTALPIA (287,777 °C) 2769,35666 kJ/kg
Fonte: Adaptado de KEENAN et al., 1969.
3.4 Análise de viabilidade econômica
Baseando-se em parâmetros financeiros da caldeira aquatubular e do LFR, foi realizada
uma análise técnica e econômica dos sistemas, através disso, determinar a viabilidade
econômica para cada sistema.
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Como premissa, foi avaliado o custo total das plantas solares de cada sistema. O custo
do coletor linear de Fresnel é de US$ 166,67/m² (NISHITH, 2014). Para toda a estimativa
econômica, foi considerado o US$ custando R$ 3,70 (INVESTING, 2018).
Tomando como base os custos com manutenções das plantas solares de CSP de torre de
concentração central que variam de 8 €/m²/ano até 25 €/m²/ano (LAMPKOWSKI, 2017). Foi
determinado um valor de 15 €/m²/ano para o LFR, com uma conversão considerando o €
custando R$ 4,2738 (INVESTING, 2018).
Após determinar estes valores, calculou-se as despesas referentes ao consumo realizado
pelo gerador de vapor, estes custos foram: o consumo do coletor sem o uso da energia
heliotérmica, o gasto com o combustível com a aplicação das plantas solares (soma entre o
consumo durante as 16 horas em que o coletor não se aplica e o consumo durante as 8 horas em
que ocorre o aproveitamento da energia solar). Através destes dados, foi possível determinar a
economia anual de óleo diesel.
Considerou-se um custo para a aquisição da área da planta solar para cada sistema, o
custo para a compra do terreno foi de 150 R$/m².
Todos os valores relevantes para os cálculos da estimativa econômica dos sistemas se
encontram na Tabela 3-4.
Tabela 3-4 - Tabela de Preços
DADOS VALORES
Preço do concentrador linear de Fresnel 166,67 US$/m²
Conversão Dólar/Real R$ 3,70
Custo do terreno 150 R$/m²
Preço do óleo diesel 3.445,40 R$/m³
Fonte: Autor, 2018.
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4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesse capitulo, serão apresentados os resultados do consumo de combustível e das
análises financeiras para cada uma das 6 situações.
Serão apresentados os consumos de óleo diesel, os valores em reais apresentados por
estes consumos de combustível e os resultados do VPL.
4.1 Consumo e custo do gerador de vapor sem a aplicação do LFR
Os gastos de diesel do gerador de vapor foram calculados utilizando um ΔT que variou
de 30 °C à 288 °C, a vazão mássica é de 16666,7 kg/h, valor que permanece o mesmo para
todas as análises desse trabalho. Então, através da Equação 2, a vazão mássica é determinada.
Têm-se:
�̇�𝑐𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 125,79)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = 1130,983208 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = 1,370889 𝑚³/ℎ
�̇�𝑐𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = 32,901330 𝑚³/𝑑
Logo, os valores gastos com a alimentação da caldeira durante um ano foi de:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = (32,901330 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑒𝑚 𝐿𝐹𝑅 = 40.808.966,87 𝑅$/𝑎𝑛𝑜
4.2 Sistema 1
No primeiro sistema de geração de vapor para injeção em poços de petróleo, foi
utilizada uma planta de coletores solares concentrados lineares do tipo Fresnel com um
ΔT variando de 30 °C à 40 °C.
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35 Anderson Ferreira da Silva
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O consumo de combustível para o sistema 1 durante o período onde ocorre a incidência
solar é dado pela Equação 2. A entalpia do vapor à uma temperatura de 288 °C e a entalpia da
água à uma temperatura de 40 °C, são 2769,3567 kJ/kg e 167,56 kJ/kg, respectivamente.
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 167,57)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1113,108691 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,349223 𝑚³/ℎ
O consumo de óleo diesel durante as 16 horas em que não se aplica o coletor LFR no
processo, à temperatura de entrada na caldeira é de 30 °C, é de:
�̇�𝑐16ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 125,79)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐16ℎ = 1130,983208 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
Portanto, o consumo total diário para o sistema 1 é determinado a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,349223 𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + ( 1,370888
𝑚3
ℎ𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,728001 𝑚3/𝑑
Esse consumo de combustível calculado na Equação 6 será aplicada para todos os outros
sistemas, pois, em todos eles a aplicação da energia heliotérmica se dá apenas durantes as 8
horas em que ocorre a insolação.
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar contido na Tabela
3-4, o valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 471,27 𝑚2
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𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 𝑅$ 70.689,88
Considerando os dados da Tabela 3-1, o valor do projeto da planta solar é determinado
a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 471,27 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 𝑅$ 290.619,75
Valores gastos com a manutenção da planta solar foram determinados pela equação
abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 64,107 𝑅$
𝑚²𝑎𝑛𝑜
𝑥 471,265843 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 30.211,44𝑅$
𝑎𝑛𝑜
O custo com a alimentação de combustível da caldeira durante um ano foi de:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = (32,728001 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 1 = 𝑅$ 40.593.979,72
A Tabela 4-1 apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema. Inclui
todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
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37 Anderson Ferreira da Silva
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Tabela 4-1 – Economia financeira (Sistema 1)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.782,08037 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.593.979,72
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 214.987,16
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 70.689,88
CUSTO DO COLETOR R$ 290.619,75
CUSTO DA MANUTENÇÃO ANUAL DA PLANTA SOLAR R$ 30.211,44
Fonte: Autor, 2018.
4.3 Sistema 2
No sistema 2 de geração de vapor, no qual foi considerado um ΔT do coletor solar
variando de 30 °C à 50 °C, possui o mesmo intervalo de tempo de insolação entre outros
parâmetros do sistema 1. O objetivo dessa configuração é diminuir o consumo de combustível
e consequentemente diminuir os gastos econômicos que o combustível gera, assim como é a
intenção dos próximos sistemas.
O consumo de óleo diesel para o sistema 2 foi determinado pela Equação 2-2.
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 209,33)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1095,242730 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,327567 𝑚³/ℎ
O consumo de óleo diesel durante às 16 horas em que não se aplica o coletor LFR no
processo possui uma temperatura de entrada na caldeira de 30 °C. A quantidade de combustível
durante esse período será a mesma do sistema 1.
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Logo,
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
Portanto, o consumo total diário para o sistema 2 é dado pela equação a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,327567𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + (1,370888
𝑚³
ℎ 𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,554755 𝑚3/𝑑
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar contido na Tabela
3-4, esse valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 942,53 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 141.379,75
Considerando os dados da Tabela 3-1, custo da planta solar é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 942,53 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 581.239,50
Valores gastos com a manutenção da planta solar foi determinado pela equação abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 64,107 𝑅$𝑚²
𝑎𝑛𝑜
𝑥 942,531686 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 60.422,88 𝑅$
𝑎𝑛𝑜
Os valores gastos com a alimentação da caldeira durante um ano foi de:
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𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = ( 32,554755 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 40.379.095,47
A Tabela 4-2 apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema. Inclui
todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
Tabela 4-2 – Economia financeira (Sistema 2)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11719,71193 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.379.095,47
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 429.871,40
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 141.379,75
CUSTO DO COLETOR R$ 581.239,50
CUSTO ANUAL DA MANUTENÇÃO DA PLANTA SOLAR R$ 60.422,88
Fonte: Autor, 2018.
4.4 Sistema 3
No sistema 3 de geração de vapor, no qual foi considerado um ΔT variando de 30 °C à
60 °C, possui o mesmo intervalo de tempo de insolação que os outros sistemas.
O consumo de óleo diesel para o sistema 3 foi determinado através da Equação 2-2.
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 251,13)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1077,359656 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,305891 𝑚³/ℎ
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
40 Anderson Ferreira da Silva
a
A quantidade de combustível consumido durante o período de 16 horas em que não se
aplica o coletor LFR será a mesma do sistema 1 e sistema 2.
Logo,
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
Portanto, o consumo total diário para o sistema 3 é calculado a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,305891𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + (1,370888
𝑚³
ℎ 𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,381344 𝑚3/𝑑
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar para o sistema 3
contido na Tabela 3-4, esse valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 1413,8 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 212.069,63
Considerando os dados da Tabela 3-1, custo da planta solar é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 1413,8 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = 𝑅$ 871.859,25
Valores gastos com a manutenção da planta solar foi determinado pela equação abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = 64,107 𝑅$
𝑚²𝑎𝑛𝑜
𝑥 1413,797529 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = 90.634,32 𝑅$
𝑎𝑛𝑜
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
41 Anderson Ferreira da Silva
a
Os valores gastos com a alimentação de combustível da caldeira durante o período de
um ano foi de:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = ( 32,381344 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3 = 𝑅$ 40.164.005,40
A Tabela 4-3 apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema. Inclui
todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
Tabela 4-3 – Economia financeira (Sistema 3)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.657,28374 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.164.005,40
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 644.961,47
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 212.069,63
CUSTO DO COLETOR R$ 871.859,25
CUSTO ANUAL DA MANUTENÇÃO DA PLANTA SOLAR R$ 90.634,32
Fonte: Autor, 2018.
4.5 Sistema 4
Para o sistema 4 de geração de vapor, o coletor LFR vai trabalhar com um ΔT variando
de 30 °C a 70 °C, a massa de água é a mesma para essa configuração, entre outros parâmetros
que também são os mesmos, como é para todos os seis sistemas.
O consumo de óleo diesel para o sistema 4 também foi determinado pela Equação 2-2.
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
42 Anderson Ferreira da Silva
a
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 292,98)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1059,455191 𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,284188 𝑚³/ℎ
O consumo de óleo diesel durante às 16 horas em que não se aplica o coletor LFR no
processo possui a temperatura de entrada na caldeira de 30 °C. A quantidade de combustível
consumido durante esse período também será a mesma.
Logo,
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
Portanto, o consumo total diário para o sistema 4 é dado pela equação a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,284188𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + (1,370888
𝑚³
ℎ 𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,207725 𝑚3/𝑑
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar para o sistema 4
contido na Tabela 3-4, esse valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 1885,07 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 282.759,51
Considerando os dados da Tabela 3-1, custo da planta solar é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 1885,07 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = 𝑅$ 1.162.479,00
-
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43 Anderson Ferreira da Silva
a
Valores gastos com a manutenção da planta solar foi determinado pela equação abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = 64,107 𝑅$
𝑚²𝑎𝑛𝑜
𝑥 1885,07 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = 120.845,76 𝑅$
𝑎𝑛𝑜
O valor anual gasto com a alimentação da caldeira foi de:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = ( 32,207725 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 4 = 𝑅$ 39.948.658,05
A Tabela 4-4 a seguir apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema.
Inclui todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
Tabela 4-4 – Economia financeira (Sistema 4)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.594,780880 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 39.948.658,05
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 860.308,82
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 282.759,51
CUSTO DO COLETOR R$ 1.162.479,00
CUSTO ANUAL DA MANUTENÇÃO DA PLANTA SOLAR R$ 120.845,76
Fonte: Autor, 2018.
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a
4.6 Sistema 5
Para o sistema 5 de geração de vapor, o coletor LFR vai trabalhar com um ΔT variando
de 30 °C a 80 °C, os outros parâmetros permanecem os mesmos, como é para todos os seis
sistemas.
O consumo de óleo diesel para o sistema 5 foi calculado através da Equação 2-2.
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 334,91)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1041,516499 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,262444 𝑚³/ℎ
O consumo de óleo diesel durante às 16 horas em que não se aplica o coletor LFR no
processo, possui a temperatura de entrada na caldeira de 30 °C. A quantidade de combustível
consumido durante esse período também será a mesma.
Logo,
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
Portanto, o consumo total diário para o sistema 4 é dado pela equação a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,262444𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + (1,370888
𝑚³
ℎ 𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,033774 𝑚3/𝑑
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar para o sistema 5
contido na Tabela 3-4, esse valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 2356,33 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 353.449,3
-
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45 Anderson Ferreira da Silva
a
Considerando os dados da Tabela 3-1, custo da planta solar é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 2356,33 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = 𝑅$ 1.453.098,74
Valores gastos com a manutenção da planta solar desse sistema LFR foi determinado
pela equação abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = 64,107 𝑅$
𝑚²𝑎𝑛𝑜
𝑥 2356,33 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = 151.057,20 𝑅$
𝑎𝑛𝑜
O valor anual gasto com a alimentação de combustível da caldeira foi de:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = ( 32,033774 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 = 𝑅$ 39.732.899,04
A Tabela 4-5 apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema. Inclui
todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
46 Anderson Ferreira da Silva
a
Tabela 4-5 – Economia financeira (Sistema 5)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.532,15854 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 39.732.899,04
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM 1
ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 1.076.067,83
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 353.449,38
CUSTO DO COLETOR R$ 1.453.098,74
CUSTO ANUAL DA MANUTENÇÃO DA PLANTA SOLAR R$ 151.057,20
Fonte: Autor, 2018.
4.7 Sistema 6
Para o sistema 6 de geração de vapor, o coletor LFR vai trabalhar com um ΔT variando
de 30 °C a 90 °C, os outros parâmetros permanecem os mesmos, como é para todos os seis
sistemas.
O consumo de óleo diesel para o sistema 6 foi calculado através da Equação 2-2.
�̇�𝑐8ℎ = 16666,667 ∗ (2769,3567 − 376,92)
0,85 ∗ (10954
0,239006) → �̇�𝑐8ℎ = 1023,543582 𝑘𝑔/ℎ
�̇�𝑐8ℎ = 1,240659 𝑚³/ℎ
O consumo de óleo diesel durante às 16 horas em que não se aplica o coletor LFR no
processo, possui a temperatura de entrada na caldeira de 30 °C. O consumo é o mesmo, assim
como foi em todos os sistemas anteriores.
Logo,
�̇�𝑐16ℎ = 1,370888 𝑚³/ℎ
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
47 Anderson Ferreira da Silva
a
Portanto, o consumo total diário para o sistema 4 é dado pela equação a seguir:
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,240659 𝑚3
ℎ 𝑥
8ℎ
𝑑) + (1,370888
𝑚³
ℎ 𝑥
16ℎ
𝑑 )
�̇�𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 31,859491 𝑚3/𝑑
Com base no custo da aquisição da área para aplicação da planta solar para o sistema 6
contido na Tabela 3-4, esse valor é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 150 𝑅$
𝑚2 𝑥 2827,6 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 2 = 𝑅$ 424.139,26
Considerando os dados da Tabela 3-1, custo da planta solar é determinado a seguir:
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = 166,67 𝑈𝑆$
𝑚2 𝑥 3,70
𝑅$
𝑈𝑆$ 𝑥 2827,6 𝑚2
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = 𝑅$ 1.743.718,49
Valores gastos com a manutenção da planta solar desse sistema LFR foi determinado
pela equação abaixo:
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = 64,107 𝑅$
𝑚²𝑎𝑛𝑜
𝑥 2827,6 𝑚2
𝑀𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = 181.268,64 𝑅$
𝑎𝑛𝑜
O valor anual gasto com a alimentação de combustível da caldeira foi de:
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
48 Anderson Ferreira da Silva
a
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = ( 31,859491 𝑚3
𝑑 𝑥 30
𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑚ê𝑠 𝑥 12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑥 3445,40
𝑅$
𝑚³ )
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 6 = 𝑅$ 39.516.728,37
A Tabela 4-6 apresenta os resultados financeiros relacionados a este sistema. Inclui
todos os valores de custos anuais com a aplicação do coletor e sem a aplicação do coletor.
Tabela 4-6 – Economia financeira (Sistema 6)
COM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM
1 ANO DE ATIVIDADE
11469,41672 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 39.516.728,37
SEM O
COLETOR
CONSUMO TOTAL DE COMBUSTIVEL EM
1 ANO DE ATIVIDADE
11.844,47869 m³/ano
CUSTO ANUAL DO COMBUSTIVEL R$ 40.808.966,87
DIFERENÇA SEM COLETOR X COM COLETOR
(ECONOMIA ANUAL)
R$ 1.292.238,50
CUSTO DA AQUISIÇÃO DO TERRENO R$ 424.139,26
CUSTO DO COLETOR R$ 1.743.718,49
CUSTO ANUAL DA MANUTENÇÃO DA PLANTA SOLAR R$ 181.268,64
Fonte: Autor, 2018.
4.8 Determinação do VPL
Os parâmetros incluídos para a determinação do VPL, foram os dados de entrada e de
saída do caixa, tendo como gasto inicial o capital investido para a aplicação da planta de
coletores solares que ocorre no ano 0. A partir do segundo ano, iniciaram bons resultados
financeiros gerados pela implementação dos LFR no processo de geração de vapor.
A Figura 4-1 a seguir demonstra os resultados do VPL de todos os sistemas. Nota-se
que os valores do VPL dos dois primeiros anos de todos os sistemas foram negativos, pois,
trata-se dos custos de manutenção da planta solar e a aquisição do terreno.
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
49 Anderson Ferreira da Silva
a
Figura 4-1 – VPL de todos os sistemas
Fonte: Autor, 2018.
Observando-se as cursas do gráfico, percebe-se uma viabilidade econômica
independente do sistema a ser escolhido. Além de que, em todas as curvas mostraram a
viabilidade técnica da aplicação do LFR, tendo em vista que o gasto com o óleo diesel será
diminuído.
Realizando uma análise mais detalhada para as curvas dos dois extremos, que seria o
sistema 6 e o sistema 1, nota-se que o sistema 6 teve uma curva bastante acentuada, mostrando
que apesar de possuir um investimento inicial mais elevado, o retorno financeiro foi muito alto.
O sistema 1 apesar de apresentar uma curva VPL quase que linear, ainda assim, existe uma
economia financeira bastante significativa, e claro, uma economia de combustível considerável,
que implica na diminuição da emissão de gases poluentes a atmosfera.
(R$1.500.000,00)
(R$500.000,00)
R$500.000,00
R$1.500.000,00
R$2.500.000,00
R$3.500.000,00
R$4.500.000,00
R$5.500.000,00
R$6.500.000,00
R$7.500.000,00
R$8.500.000,00
0 5 10 15 20 25
VPL
PERÍODO (ANOS)
VALOR PRESENTE LÍQUIDO
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 Sistema 5 Sistema 6
-
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50 Anderson Ferreira da Silva
a
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Neste capítulo, serão apresentadas as conclusões referentes aos resultados obtidos, bem
como recomendações para trabalhos futuros.
5.1 Conclusões
Essa pesquisa contribuiu para mostrar que a aplicação de energias renováveis em
processos de geração de vapor é uma ótima ferramenta para melhorar o processo de recuperação
de óleo em campos maduros, tanto economicamente como tecnicamente. Além de contribuir
para a diminuição de gases nocivos que são gerados pelas maquinas térmicas movidas a
combustíveis fósseis.
Em todos os modelos de sistemas apresentados nesse trabalho, pôde-se observar que a
aplicação da tecnologia heliotérmica, apesar de ainda ser uma tecnologia que em âmbito
nacional está em desenvolvimento, é muito importante para ajudar no incentivo de novos
estudos abrangendo essa tecnologia para indústrias globalmente consolidadas.
As metodologias utilizadas nesse trabalho foram primeiramente o estudo da geração de
vapor através de parâmetros semelhantes aos aplicados nos casos reais, tendo em vista
relacionamento entre uma fonte energética renovável e a fonte energética oriunda da queima de
combustíveis fosseis. Dimensionando todo o consumo e fazendo o comparativo entre sistemas
diferentes, com temperaturas de entrada e saída distintas.
O valor presente líquido dos seis sistemas foram diretamente proporcionais as áreas dos
coletores, portanto, quanto maior foi o gradiente de temperatura que buscou atingir para o LFR,
maior foi a área do coletor, consequentemente maior foi o investimento inicial, em contra
partida, os valores economizados de combustível paras os sistema que tinham áreas maiores
foram bem significativos, mostrando que o projeto é um possível bom investimento para se
aplicar na geração de vapor para injeção em reservatórios de petróleo.
5.2 Recomendações
Recomenda-se um estudo mais aprofundado da viabilidade técnica e econômica para
projetos de geração de vapor utilizando tecnologia heliotérmica, baseando os estudos em casos
reais de plantas de injeção de vapor em campos maduros de petróleo. Levantando dados in loco
do consumo das caldeiras, os volumes de vapor injetados, perdas de eficiência da caldeira,
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
51 Anderson Ferreira da Silva
a
perdas de calor para o reservatório, e assim, ter um embasamento melhor para a realização do
estudo.
Indica-se um estudo para a injeção de água quente utilizando apenas o coletor solar,
criando um comparativo entre a tecnologia aplicada atualmente com a energia heliotérmica.
Sugere-se um estudo de aplicabilidade de coletores solares para a geração de energia
elétrica em instalações da indústria petrolífera.
-
Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2018.2
52 Anderson Ferreira da Silva
a
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