Análise termoeconômica da geração de vapor por caldeira em uma refinaria de produção de alumina

Abstract

RESUMO

A crescente demanda por eficiência energética, aliada à pressão por práticas industriais mais sustentáveis, tem impulsionado a adoção de métodos avançados de avaliação de desempenho em sistemas térmicos. Neste contexto, a análise termoeconômica surge como uma abordagem estratégica que integra os princípios da termodinâmica com critérios econômicos, permitindo uma compreensão mais abrangente sobre os impactos operacionais e financeiros da geração de energia térmica. Diante da importância do vapor como insumo crítico em processos industriais de grande escala, especialmente, na indústria de alumina, torna-se fundamental compreender não apenas a eficiência do sistema, mas também os custos associados às irreversibilidades do processo. Este estudo apresenta uma análise termoeconômica da geração de vapor por uma caldeira de leito fluidizado circulante (LFC) instalada em uma refinaria de produção de alumina. A caldeira opera com carvão betuminoso de alta volatilidade e apresenta circulação natural de água. Foram utilizados dados operacionais provenientes do sistema supervisório Connected Plant, versão Uniformance PHD 2023, registrados entre janeiro e agosto de 2024, para avaliação da eficiência energética e exergética, bem como para a estimativa dos custos da produção de vapor. A partir da modelagem matemática realizada por meio do software MatLab, revelou-se que a eficiência térmica variou entre 85,43% e 89,79%, enquanto a exergética foi de 21,60% a 35,40%, com uma elevada destruição de exergia (da ordem de 107,75 a 194,06 MW). Observou-se uma correlação direta entre a destruição de exergia e o custo específico de produção de vapor. A maior taxa de destruição de exergia, de 194,06 MW, foi associada ao custo mais elevado de produção, atingindo 14,09 U$D t -1 . Em contrapartida, a menor destruição de exergia, de 180,69 MW, resultou

em um custo de 12,44 U$D t -1 . A produção de vapor permaneceu abaixo da meta de 280

t h -1 , e as emissões estimadas de CO2 alcançaram 60,50 t dia-1

. Ao associar ciência térmica e estratégia econômica, este trabalho reforça que eficiência não é apenas uma meta técnica, mas uma vantagem competitiva e ambiental indispensável no cenário industrial atual.