O setor sucroalcooleiro tem apresentado um alto desempenho nas últimas safras, batendo recordes de produção. Aliado a isso, diferentes estratégias estão sendo adotadas para a diversificação da produção. Entre essas, pode-se destacar os investimentos na substituição de velhos equipamentos por tecnologias mais modernas e eficientes.

A fim de desenvolver ferramentas que permitam indicar qual o caminho a seguir na substituição desses equipamentos, alguns índices exergéticos foram pesquisados na literatura e são utilizados nesse trabalho. Esses índices foram aplicados para os equipamentos que compõem a planta de utilidades de uma planta de cogeração de uma usina sucroalcooleira e seus resultados são analisados nesse trabalho. Assim, pretende-se verificar qual a validade desses índices e qual a melhor maneira de utilizá-los num processo de substituição de equipamentos, visando uma maior eficiência dos mesmos, e, assim, do processo.

A análise exergética é uma ferramenta útil para a análise da operação de sistemas térmicos, permitindo a identificação dos pontos de maiores ineficiências do sistema, além de identificar/quantificar fluxos de energia que poderiam ser re-aproveitados. Conhecidos a natureza das irreversibilidades, as limitações práticas para a redução das mesmas e um entendimento das inter-relações inerentes aos componentes do sistema, a ótima estrutura da planta pode ser obtida através de um processo empírico de melhorias sucessivas.

Desta maneira, partindo de uma análise exergética e termoeconômica realizada na planta de utilidades da usina, foram obtidos os diferentes custos dos fluxos de exergia do sistema de cogeração. Além destes custos, índices exergéticos também foram calculados para determinação dos principais equipamentos responsáveis pelas ineficiências do sistema. Os índices levantados e utilizados são:

- Rendimento Exergético: n_exergético = Exergia_produtos / Exergia_{combustíveis}

- Potencial de melhoria: PM = (1 – n_exergético) • Exergia_perdida + Exergia_destruída

- Custo das Irreversibilidades: CI = c_combustível * Irreversibilidade_total

- Irreversibilidades: Irreversibilidades_totais = Exergia_perdida + Exergia_destruída

Determinados esses índices para cada equipamento, foi possível avaliar quais eram os mais impactantes, propondo modificações nos mesmos. Com essas modificações pretende-se melhorar o aproveitamento energético da usina, de forma a aumentar o rendimento do sistema.

Os índices calculados indicaram que as caldeiras são os principais responsáveis pelas ineficiências no sistema de cogeração. Essas ineficiências elevadas nas caldeiras são frutos dos baixos níveis de pressão e temperatura de geração de vapor (ou seja, grande diferença de temperatura entre os gases de combustão e a água em mudança de fase) e dos sistemas de queima do bagaço ineficientes, além das irreversibilidades inerentes às reações de combustão. Para melhorar a operação dessas caldeiras poderiam ser realizadas alterações no sistema de queima de forma a aproveitar os gases de escape das caldeiras (p.ex. para secagem do bagaço) e/ou elevando a pressão de trabalho das caldeiras.

Outro equipamento apresentado pelos índices exergéticos com uma alta ineficiência no sistema são as turbinas das moendas, principalmente as de simples estágio. Nesses equipamentos há duas possibilidades de ação. A primeira delas é a substituição dos equipamentos de simples estágio por equipamentos de múltiplos estágios mais eficientes. A outra possibilidade para esses equipamentos seria a substituição deles por equipamentos elétricos e, assim, disponibilizar-se-ia o vapor antes gasto para mover esses equipamentos para a geração elétrica nas turbinas a vapor.

Ainda, o tanque de flash e a válvula redutora são grandes destruidoras de exergia e apresentam um potencial de melhoria elevado. Essas perdas poderiam ser praticamente evitadas, caso estes componentes sejam eliminados do sistema.

A avaliação de índices baseados na análise exergética e termoeconômica permite a identificação de formas de racionalização do consumo de energia em sistemas de cogeração. Esta identificação é resultado de uma hierarquização dos principais equipamentos responsáveis pelas ineficiências. Em alguns casos, principalmente em sistemas já em operação, a otimização da operação pode ser feita a partir de análises de performance da planta, sem ter que recorrer a softwares dedicados à otimização matemática.

Contudo, é interessante notar que cada índice propõe uma hierarquização única, ou seja, é necessária uma análise integrada destes índices para a determinação dos pontos a serem alterados na planta.

As modificações propostas permitem uma redução do consumo de energia, representado ou pela diminuição do consumo de bagaço ou aumento da possibilidade da produção de eletricidade excedente.