Avaliação de alternativas para a eficientização do aproveitamento de gases siderúrgicos visando repotenciação do sistema de cogeração das utilidades

Autores

DOI:

https://doi.org/10.21712/lajer.2025.v12.n3.p231-238

Palavras-chave:

Repotenciação, Eficiência energética, Ciclo combinado, Descarbonização

Resumo

No Espírito Santo, a indústria siderúrgica é responsável por mais de 60% das emissões do setor de indústria e energia, quase 35% das emissões totais, cenário para aplicação da eficiência energética como estratégias de descarbonização. Este estudo analisa a rota de ciclos combinados para repotenciação, com consequente aumento da eficiência no aproveitamento dos gases siderúrgicos em uma siderúrgica do estado, com foco na redução das emissões específicas. A indústria estudada aproveita a energia térmica e química dos gases siderúrgicos para gerar cerca de 500 MW, potência essa que é quase toda gerada em seis unidades de cogeração com turbinas vapor. A avaliação focou na Unidade Termelétrica 1 (UTE-1), com a proposta do acoplamento de uma turbina a gás ao sistema de cogeração a vapor, configurando um ciclo combinado, mantendo os mesmos parâmetros do ciclo a vapor. A modelagem da planta foi feita no software IPSEpro, para o cálculo das potências, disponibilidade energética dos gases e eficiências. Três cenários foram definidos, sendo que o primeiro (caso 0) é correspondente ao atual, o segundo (caso 1) um ciclo combinado que usa um compressor para pressurizar os gases siderúrgicos e o terceiro (caso 2) avalia o impacto da ausência do compressor de gases siderúrgicos. Os resultados mostram que, do caso 0 para o caso 1, a eficiência elétrica líquida muda de 29,23 a 45,40%, enquanto a eficiência líquida da cogeração varia de 33,88 a 51,50%. Já o caso 2, que não usa o compressor de gases siderúrgicos, alcança 48,00% de eficiência elétrica líquida e 53,76% de eficiência líquida da cogeração. As eficiências do caso 1, sugerem futuros estudos de um ciclo a vapor com caldeira supercrítica, que pode superar este ciclo combinado.

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Biografia do Autor

  • João Vitor Prado, Universidade Federal do Espírito Santo

    Não possui ORCID.

  • Pablo Dalvi, Universidade Federal do Espírito Santo

    Não possui ORCID.

  • Igor Belisario, Universidade Federal do Espírito Santo

    Graduation at Mechanical Engineering from Federal University of Espírito Santo (2010) and master's at Mechanical Engineering from Federal University of Espírito Santo (2012). He has experience in Mechanical Engineering, focusing on Mechanical Engineering, acting on the following subjects: thermoeconomic modeling, thermoeconomic methodologies, CGAM problem and physical exergy disaggregation.

  • Francisco Fonseca, Universidade Federal do Espírito Santo

    Doutorando em Engenharia Mecânica na UFES (início em 2025), mestre em Engenharia Mecânica pela UFES (2024), graduado em Engenharia Mecânica pela Faculdade Multivix (2020) e técnico em Mecânica Industrial pelo IFES (2011). Fui bolsista de mestrado em projetos PD (Projeto CRATOS e Projeto Eficácia). Experiência profissional como mecânico industrial (2013-2015) e analista de planejamento e programação da manutenção (2015-2021) na empresa Chocolates Garoto do grupo Nestlé.

  • José Joaquim Santos, Universidade Federal do Espírito Santo

    Possui Graduação (2002), Mestrado (2005) e Doutorado (2009) em Engenharia Mecânica, todos pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), sendo o Mestrado e o Doutorado na área de Conversão de Energia, período em que foi Pesquisador e Membro do Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída (NEST) da UNIFEI, de 2002 a 2009, atuando em Projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (PeD) em Engenharia Térmica: Geração Termelétrica e Distribuída, Cogeração, Dessalinização, Termoeconomia e Exergoeconomia. Desde Junho de 2010 é Professor Efetivo Permanente no Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) do Centro Tecnológico (CT) da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), atuando na Graduação, Mestrado e Doutorado em Engenharia Mecânica. Nos 8 meses antes da efetivação como permanente, foi Pesquisador Visitante na UFES, no Programa Institucional de Formação de Recursos Humanos da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (PRH-ANP 29). Após a efetivação, virou Membro da Comissão Gestora do PRH-ANP 29, até Junho de 2011, quando virou Coordenador Geral, até 2018, ano que encerrou o Programa. Fez parte do Comitê Nacional de Coordenadores dos PRHs-ANP, foi Secretário e Membro do Comité Técnico Executivo da Área de Ciências Térmicas da Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas (ABCM) por, respectivamente, dois biênios (2016 a 2020), foi Subcoordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGEM) da UFES, de 2017 a 2023, e foi Bolsista de Produtividade em Pesquisa (Bolsa Pesquisador Capixaba) pela Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES), de 2016 a 2019. Presidiu, em 2013, a Comissão Organizadora do I GT do Pré-Sal (I Encontro do Grupo de Trabalho dos Programas PRH-ANP para Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação no Pré-Sal) e foi Diretor Científico na Comissão Organizadora do ENCIT 2016 (16th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering). Foi Coordenador da Subárea de Thermodynamics and Thermal Systems na organização do COBEM 2017 (24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering) e também membro do Comitê Técnico-Científico do IV Congresso Brasileiro de CO2 na Indústria de Petróleo, Gás e Biocombustíveis, em 2018. Nos últimos anos vem atuando em Energia e Meio Ambiente, com foco na Transição Energética e Descarbonização, participando e coordenando projetos em Recuperação de Calor Residual (WHR) de Termelétricas a Motores de Combustão Interna e Aproveitamento de Fontes Renováveis e Limpas em Sistemas Térmicos, como Biocombustíveis, Energia Solar Concentrada (CSP), Geotérmica, Biomassa e Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), bem como o Aproveitamento da Energia Oceânica, com foco na Conversão da Energia Térmica dos Oceanos (OTEC) . Faz parte do Grupo NetZero ES, que elaborou o Plano de Descarbonização e Neutralização das Emissões de Gases de Efeito Estufa no Espírito Santo e fez parte da equipe de especialistas na definição da Rota Estratégica de Energia para a Indústria do Espírito Santo. Já orientou 25 Dissertações de Mestrado e 6 Teses de Doutorado, além de 40 trabalhos de graduação (TCC e IC), bem como 3 outras supervisões de: pós-doutorado, pesquisador visitante e licença para capacitação. Está na autoria de 164 publicações, sendo 9 capítulos de livros e 155 artigos completos em congressos e periódicos nacionais e internacionais. Foi laureado na Edição de 2023 de Prêmios Científicos do Ministério da Educação de Cabo Verde na categoria GLOBAL SCIENTIFIC PRIZE. Recebeu o Certificado de BEST ORAL PRESENTATION pelo KEYNOTE apresentado no EnergyTech 2024 (6th International Conference on Renewable Energy, Resources and Sustainable Technologies). Atualmente, é Coordenador Geral do recém-criado Núcleo de Excelência em Termoeconomia e Energia Sustentável (NETES) e é Coordenador Substituto do Núcleo de Termociências para a Indústria de Petróleo (NTIP). Faz parte do Núcleo Docente Estruturante (NDE) da Engenharia Mecânica desde a sua fundação, em 2011.

Referências

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Publicado

11/29/2025

Edição

v. 12 n. 3 (2025): 1 Encontro Interdisciplinar em Energia

Seção

Eficiência Energética

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Como Citar

Avaliação de alternativas para a eficientização do aproveitamento de gases siderúrgicos visando repotenciação do sistema de cogeração das utilidades. (2025). Latin American Journal of Energy Research, 12(3), 231-238. https://doi.org/10.21712/lajer.2025.v12.n3.p231-238

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