Avaliação termoeconômica da produção combinada de eletricidade e água dessalinizada a partir da energia solar e da queima de resíduos sólidos urbanos no município de Paranaguá/PR

Orientador: Marcelo Risso Errera

Coorientador: José Joaquim Conceição Soares Santos

Monografia (graduação) - Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Curso de Graduação em Engenharia Ambiental

Inclui referências

Resumo : Este trabalho trata do nexo geração de energia elétrica obtidas através de fontes renováveis, abastecimento de água potável e tratamento de resíduos sólidos urbanos. Juntos, cada um deles está respectivamente associado a questões de grande importância do momento, quais sejam, escassez hídrica, econômica, tratamento e destinação de resíduos sólidos urbanos (RSU) e redução de emissões de gases de estufa para atenuar a aceleração das mudanças climáticas. Em Paranaguá, no estado do Paraná, não é diferente: diversos fatores, incluindo os citados, influenciam na caracterização da situação atual do município e demonstram suas fragilidades. Propõe-se, assim, uma possibilidade para os três temas para a cidade de Paranaguá através da concepção e análise de uma planta de dessalinização de água do mar, de processamento de resíduos sólidos urbanos e geração de energia elétrica excedente para o município e ainda combinada com energia solar térmica. A análise da planta foi iniciada com a definição da estrutura desta, logo após foram feitas algumas hipóteses e simplificações, definição das condições do ambiente e definição dos estados das correntes que compõe a planta (estes baseados na bibliografia). O aporte de RSU estimado foi de 1,43 kg/s (123,55 ton/dia), capaz de gerar no incinerador 14,3 MJ/s em forma de calor para o gerador de vapor. Este aporte de energia em forma de calor teve o mesmo valor para o suprimento oriundo da planta de concentração solar. Foram apresentadas também, considerações, acerca dos equipamentos que compõe a planta. Assim, aplicando as leis e equações termodinâmicas apresentadas na revisão bibliográfica, e também os conceitos da termoeconomia. Os valores de fluxo de energia, fluxo de exergia, custo exergético e custo exergético unitário para cada corrente foram determinados e para os volumes de controle foi determinada a geração de entropia, geração de irreversibilidades, destruição de exergia, eficiência energética e eficiência exergética A taxa total de geração de irreversibilidades para o aporte da planta de incineração de RSU obtida foi 10.851 kW enquanto que, para o aporte de concentração solar o valor obtido para este total foi de 9.400 kW. Já a taxa de destruição de exergia para o aporte de calor fornecido pela incineração de RSU foi de 9.478 kW, enquanto que para o aporte da concentração solar este valor foi de 8.026 kW. A produção estimada de água dessalinizada foi de aproximadamente 3.637 ..³/...... (MSF) e 9.573 ..³/...... (RO), totalizando para a planta o atendimento de aproximadamente 136.604 habitantes. Já a energia entregue para a rede foi de aproximadamente 3,4 ....h (81,6 ....dia) para o aporte da incineração de RSU, enquanto no aporte de calor advindo da concentração solar foi aproximadamente 3,2 ....h (76,8 ....dia).

Abstract : This work deals with the nexus of generating electricity from renewable sources, supplying drinking water and treating urban solid waste. Together, each one of them is respectively associated with issues of great importance at the moment, namely, water economy, economics, treatment and disposal of solid urban waste (MSW) and reduction of greenhouse gas emissions to mitigate climate change. In Paranaguá, in the state of Paraná, it is no different: several factors, including those mentioned, influence the characterization of the current situation in the municipality and demonstrate their emotions. Thus, a possibility is proposed for the three themes for the city of Paranaguá through the design and analysis of a seawater desalination plant, urban solid waste processing and surplus electricity generation for the municipality and even combined with thermal solar energy. The analysis of the plant started with the definition of its structure, soon after some hypotheses and simplifications were made, definition of the environmental conditions and definition of the states of the currents that make up the plant (these based on the bibliography). The estimated amount of MSW was 1.43 kg/s (123.55 ton/day), capable of generating 14.3 MJ/s in the form of heat for the steam generator in the incinerator. This input of energy in the form of heat had the same value as the supply from the solar concentration plant. Considerations about the equipment that make up the plant were also compensated. Thus, applying the laws and considering simplified thermodynamics in the bibliographic review, and also the concepts of thermoeconomics. The values of energy flow, exergy flow, exergy cost and unitary exergy cost for each stream were determined and for the control volumes entropy generation, irreversibilities generation, exergy destruction, energy efficiency and exergy efficiency were determined. total generation of irreversibilities for the contribution of the treated MSW incineration plant was 10,851 kW while, for the contribution of solar concentration, the value obtained for this total was 9,400 kW. The exergy destruction rate for the heat input provided by MSW incineration was 9,478 kW, while for the solar concentration input this value was 8,026 kW. The estimated production of desalinated water was approximately 3,637 ..³/...... (MSF) and 9,573 ..³/...... (RO), totaling approximately 87,423 inhabitants for the plant. The energy delivered to the grid was approximately 3.4 ....h (81.6 ....day) for the input of MSW incineration, while the input of heat from solar concentration was approximately 3.2 ....h (76.8 ....day). Key