Adição de nanopartículas em um refrigerante secundário e sua influência no consumo específico de combustível em um grupo gerador diesel

Abstract

A redução da disponibilidade de combustíveis e o aumento das restrições ambientais à emissão de poluentes, inerente à geração de energia, têm justificado o investimento em projetos industriais que minimizem seu consumo energético. A Petrobras é um dos maiores consumidores de energia do país e, dados os custos decorrentes das tarifas de energia, a geração própria sempre foi uma preocupação da Companhia. Nesse contexto os fluidos refrigerantes secundários, que possuem propriedades de transmitir calor a longas distâncias, são de especial interesse para unidades nessa área de desenvolvimento tecnológico. Os sistemas de refrigeração são empregados em diversos setores industriais, como nas petroquímicas, e em termelétricas utilizadas como unidades de cogeração em refinarias. Esses sistemas são constituídos, comumente, por compressores, trocadores de calor, torres de resfriamento, tubulações, bombas, ventiladores e instrumentação para controle. Uma “Unidade de Refrigeração” utiliza refrigerantes primários para armazenamento e transporte de calor ou frio a curtas distâncias em sistemas à compressão de vapor ou por absorção. Para o transporte de energia calorífica a longas distâncias são geralmente utilizados os refrigerantes secundários compostos de água e glicóis (anti-congelantes) ou salmouras e aditivos. Contudo, essas substâncias anticongelantes reduzem a capacidade calorífica e a condutividade térmica da água. Por outro lado, nanopartículas metálicas têm a propriedade de aumentar a condutividade térmica do meio onde são adicionadas. O presente trabalho investigou, através de experimentos em um arranjo experimental de bancada de testes de um grupo gerador diesel, a influência da adição de nanopartículas em uma solução de etilenoglicol utilizada como refrigerante secundário. Para isso utilizou-se injeções de água gelada, produzida por um chiller de compressão de vapor (R22), na linha de alta temperatura (HT) do motor do grupo gerador. Para armazenamento e registros dos dados foi utilizado um equipamento do tipo datalogger. Foram testadas diferentes set-points de temperatura de entrada da água da linha de HT no motor (64oC, 67 oC, 70 oC, 73 oC e 76 oC). Essas temperaturas foram testadas com água pura e com solução aquosa de etilenoglicol a 30%, sem e com a adição de nanopartículas (2%, 4% e 6%). Em todas as condições foram realizadas medidas do consumo específico de combustível e avaliadas as velocidades de resposta no sistema. Um percentual de 2,0% de nanopartículas, em volume, apresentou-se como ideal para o desempenho do nanofluido. Em função da ausência, no mercado brasileiro, de unidades de refrigeração por absorção com potência menor que 64 TR, foi elaborado um modelo dinâmico e simulado um chiller de absorção (H2O-LiBr), visando uma construção futura e utilização desse tipo de equipamento em escala piloto.