Commit c37232
2025-03-11 16:10:56 Francisca Ferreira: -/-| /dev/null .. Utilidades industriais/Equipamentos/Turbina a g\303\241s.md | |
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| + | # Turbina a gás |
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| + | # Trabalho realizado por: |
| + | **Beatriz Gomes - 2017258451** |
| + | **Gonçalo Pardal – 2017270663** |
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| + | Neste trabalho, sugerimos algumas alterações à página das turbinas a gás, sendo a principal alteração a criação de uma secção denominada **“Classes”**, em que uma das subseções foca-se nas turbinas que utilizam hidrogénio como combustível. Esta subseção deixa-se em aberto para que no futuro outros colegas possam completar com outros combustíveis ou com outro tipo de turbinas. |
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| + | Gostaríamos de sugerir a alteração da organização das secções, sugerindo a seguinte organização, incluindo já a secção criada: |
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| + | 1. Definição e Funcionamento |
| + | 2. Ciclo simples e Ciclo combinado |
| + | 3. Ciclo termodinâmico |
| + | 4. Projeto |
| + | 5. Classes |
| + | 6. Vantagens e Desvantagens |
| + | 7. Custos e Eficiência |
| + | 8. Características e condições de operação |
| + | 9. Medidas de segurança e controlo do equipamento |
| + | 10. Classificação/Aplicações Industriais |
| + | 11. Referências |
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| + | Na antiga secção dos Custos, sugerimos a remoção de um dos links uma vez que são iguais e na secção da Eficiência, de modo a fornecer ao leitor valores diretos das eficiências, sugerimos acrescentar a seguinte frase: |
| + | **Para turbinas a operar com ciclo simples, o seu rendimento ronda os 35%, enquanto que para os ciclos combinados ronda os 55%.** |
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| + | ## 5.1. Turbinas a hidrogénio |
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| + | ### 5.1.1. Definição e Funcionamento |
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| + | Dentro das turbinas a gás, nas últimas décadas tem surgido a utilização de hidrogénio como combustível para a criação de energia, sendo estas turbinas denominadas turbinas a hidrogénio. A estrutura destas é em tudo semelhante às turbinas convencionais, porém existem algumas alterações que são necessárias fazer ao equipamento. |
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| + | ### 5.1.2. Hidrogénio como combustível |
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| + | A maioria do hidrogénio produzido mundialmente para uso industrial é de origem fóssil, que leva à libertação de CO₂, porém existem outras vias de produção tais como: |
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| + | <hr><hr> |
| + | O método mais economicamente viável para produção de hidrogênio industrialmente é o método de reforma do gás natural (steam reforming) que consiste na produção de gás sintético (syngas). Syngas é uma mistura de hidrogênio, monóxido de carbono e por vezes dióxido de carbono, cuja principal aplicação é o seu uso na produção de eletricidade. O hidrogênio produzido por este processo denomina-se “hidrogênio cinzento” quando o CO₂ gerado é libertado para a atmosfera; quando este poluente é captado (CGS) denomina-se por “hidrogênio azul”.[^1] |
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| + | ### Fluxograma do Processo de Steam Reforming |
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| + | **Legenda do Fluxograma:** |
| + | - **Natural Gas** → **Cleaning** (ZnS, ZnO) → **Reforming** → **Water Gas Shift** (CO+H₂O → H₂+CO₂) → **Carbon Capture** → **Purification** → **Hydrogen** |
| + | - **Steam** → **Heat Recovery** → **Water** |
| + | - Emission: 7-29 kg CO₂/kg H₂; Energy efficiency: 75%; |
| + | Energy cost of distributed H₂ prod.: $16-29/GJ; Distributed/Centralized H₂ cost: ~3 |
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| + | ### 5.1.3. Motivações de implementação |
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| + | O desenvolvimento destas turbinas tem sido proporcionado pelos avanços tecnológicos e científicos e pela necessidade de encontrar um combustível que substitua a utilização dos combustíveis fósseis. Todos os processos que geram gases que contribuam para o efeito de estufa, nomeadamente CO₂ e CH₄, devem ser reduzidos ao máximo e, em alternativa, usar processos ambientalmente favoráveis. |
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| + | ### 5.1.4. Funcionamento das turbinas |
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| + | Em comparação com o gás natural, o hidrogênio queima mais rápido, é mais reativo, possui maior temperatura de combustão e tem 1/3 da densidade energética do gás natural, ou seja, é necessário bombear um caudal maior de hidrogênio.[^3] |
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| + | As possíveis alterações nos componentes do processo dependem da quantidade de hidrogênio que existe na alimentação. Para misturas até 30%, não são necessárias grandes mudanças aos componentes da turbina. Para percentagens maiores deste gás, já é preciso fazer alterações à turbina, nomeadamente à câmara de combustão, e aos sistemas de controlo, como por exemplo, os sistemas de deteção de gás e incêndios, ventilação, troca de válvulas e tubagens.[^4,^5] |
| + | <hr><hr> |
| + | Como exemplo de uma alteração feita para adaptar estas turbinas a hidrogênio, a empresa Kawasaki, de forma a mitigar os danos causados pela elevada temperatura da chama, decidiram aplicar uma camada de material cerâmico aos bocais dos injetores de combustível. Para atacar a problemática de formação de compostos NOₓ, desenvolveu-se uma técnica de injeção de combustível através de mini orifícios, de modo a permitir que o combustível queime de modo mais compacto. [4,6] |
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| + | **Figura 2. Representação esquemática dos mini orifícios presentes na câmara de combustão.** [4] |
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| + | ### 5.1.5. Casos Reais de aplicações? |
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| + | Em setembro de 2017, na ilha portuária de Kobe, no Japão, foi inaugurado um sistema de cogeração, que tinha na base do seu funcionamento uma turbina a gás natural e hidrogênio. Este sistema tinha como objetivo fornecer energia elétrica e térmica às instalações hospitalares e outras instalações públicas. |
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| + | Em abril de 2018, conseguiu-se operar a [turbina exclusivamente com hidrogênio](#). [7] |
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| + | ### 5.1.6. Vantagens e desvantagens? |
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| + | **Vantagens:** |
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| + | - Não existe emissão de CO₂ nem de outros gases de efeito de estufa para a atmosfera, apenas se gera energia e produz-se água; [3] |
| + | - É um sub-produto de vários processos, podendo ser aproveitado, algo que é economicamente rentável, ao contrário de outros combustíveis. |
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| + | **Desvantagens:** |
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| + | - Combustão instável; |
| + | - Aumento das emissões de compostos NOₓ; |
| + | - É preciso passar o hidrogênio à fase líquida de modo a facilitar o seu transporte. |
| + | <hr><hr> |
| + | - devido à sua rápida combustão e formação de chama, existe o perigo de destruir a câmera de combustão e o bocal do injetor. [3] |
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| + | ## Referências |
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| + | [1] - Siemens Gas and Power. Hydrogen power with Siemens gas turbines Reliable carbon-free power with flexibility. Published online 2020:1-22. |
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| + | [2] - Demirel Y. Technoeconomics and Sustainability of Renewable Methanol and Ammonia Productions Using Wind Power-based Hydrogen. *J Adv Chem Eng.* 2015;5(3). doi:10.4172/2090-4568.1000128 |
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| + | [3] - [https://www.siemens-energy.com/global/en/news/magazine/2019/hydrogen-capable-gas-turbine.html](https://www.siemens-energy.com/global/en/news/magazine/2019/hydrogen-capable-gas-turbine.html), consultado em fevereiro de 2020 |
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| + | [4] - [https://global.kawasaki.com/en/stories/hydrogen/index.html](https://global.kawasaki.com/en/stories/hydrogen/index.html), consultado em fevereiro de 2020 |
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| + | [5] - [https://www.ge.com/power/gas/fuel-capability/hydrogen-fueled-gas-turbines](https://www.ge.com/power/gas/fuel-capability/hydrogen-fueled-gas-turbines), consultado em fevereiro de 2020 |
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| + | [6] - [https://global.kawasaki.com/en/corp/newsroom/news/detail/?f=20151221_2830](https://global.kawasaki.com/en/corp/newsroom/news/detail/?f=20151221_2830), consultado em fevereiro de 2020 |
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| + | [7] - [https://www.youtube.com/watch?v=dC7AZWHC2UM](https://www.youtube.com/watch?v=dC7AZWHC2UM), consultado em fevereiro de 2020 |