Um dilema pode ser definido como uma situação embaraçosa, com duas ou mais alternativas difíceis ou penosas, uma das quais devemos selecionar.

Queremos discutir hoje dois dilemas em projetos de cogeração. O primeiro relativo à configuração do sistema de bombeamento de água para caldeiras de alta pressão. O segundo relativo à instalação de válvulas de bloqueio em sistemas de condicionamento de vapor.

Vamos ao primeiro dilema, relativo às bombas de alimentação de água para a caldeira. Se você fosse um fabricante de caldeiras de alta pressão, aliás como qualquer fabricante de equipamentos pesados, você procuraria oferecer a solução que fosse a mais barata, a mais fácil de integrar com os demais fornecedores de equipamentos e a que aparentemente oferecesse a melhor eficiência energética.

É exatamente isto o que fazem os fabricantes de caldeiras. Eles oferecem bombas elétricas para a operação normal e bombas de emergência acionadas por turbina a vapor. É a configuração mais barata. É a configuração que apresenta a melhor eficiência energética. Mas, não é em nossa opinião a configuração mais segura em se tratando de plantas processando cana em regiões remotas.

As premissas usadas pelos fabricantes para nos tranquilizar com relação à segurança da configuração acima são duas: 1) sempre há duas fontes de energia elétrica (usina e concessionária) e 2) na falta das duas a turbina de emergência garante o suprimento de água para a caldeira.

A primeira premissa é uma meia verdade. Nossas plantas geralmente estão acopladas a redes elétricas com baixo grau de proteção, muitas vezes estão no “fim da linha” e frequentemente ouvimos casos nos quais são os defeitos na rede elétrica que derrubam os geradores da usina. São redes com um grau de confiabilidade geralmente baixo.

A segunda premissa é também uma meia verdade. Uma bomba para caldeira de 250 t/h com 68 bar tem uma potência instalada na faixa de 1.000 kW. Não são equipamentos pequenos. Uma turbina a vapor, mesmo de simples estágio, não pode partir de repente sem respeitar a curva de aquecimento do equipamento. O choque térmico resultante pode trazer danos irreparáveis ou, ainda pior, não permitir a partida do equipamento e colocar a caldeira sob risco de acidentes. Portanto, um projeto realmente seguro deve prever a turbo-bomba de emergência equipada com sistema de giro lento e dispositivo de entrada de vapor para aquecimento permanente. A turbo-bomba fica em modo giro lento e fica sendo permanentemente aquecida, pois esta é a única maneira de garantirmos que ela vai estar em condições de operar bem em situações emergenciais. Naturalmente esta premissa envolve consumo permanente de energia térmica e elétrica, reduzindo assim a eficiência energética da configuração com bombeamento elétrico.

Em nossa opinião, principalmente para as usinas onde a confiabilidade do sistema externo de energia elétrica é baixa e o nível do “time” de operação nem sempre é dos melhores, acreditamos que a segurança deve prevalecer sobre a eficiência energética, embora nunca esquecendo esta última, pois afinal de contas queremos vender energia elétrica. A operação com bomba acionada com turbina a vapor é sem dúvida a configuração mais confiável em casos de falta geral de energia elétrica. Para obter a melhor eficiência energética adotamos turbinas de múltiplos estágios operando com pressão entre 15 bar e 20 bar, dependendo das necessidades que o projeto tem com relação a vapor nesta faixa de pressão. Não podemos ter a turbo bomba com pressão alta por duas razões. Em primeiro lugar seria uma turbina muito cara para uma potência relativamente baixa. Em segundo lugar porque em condições anormais a tendência é a redução gradativa da pressão do vapor, mas em isto ocorrendo a turbina continua operando sem problemas. O vapor a 15-20 bar é fornecido por uma extração da turbina do gerador, e como a turbina da bomba pode ter de 72% a 75% de eficiência sem custos exagerados, a perda de energia em relação à configuração elétrica não é relevante. Embora operando com pressão baixa, a turbina deve ser construída com materiais para suportar temperatura mais alta, evitando assim a necessidade de injetar água para desuperaquecimento na válvula que reduz a pressão do vapor para a turbo-bomba quando a turbina do gerador parar em decorrência de pane elétrica.

Desta maneira, a configuração que recomendamos sempre para nossos clientes é operar com uma turbo-bomba de baixa pressão e alta eficiência com 130% de capacidade e dispor de duas bombas elétricas com 65% de capacidade cada uma como reserva. Recomendamos duas bombas elétricas porque motores com menor potência ajudam na partida da caldeira. Manobras especiais permitem ainda partir a caldeira com baixa pressão usando a bomba que fornece água para as válvulas de condicionamento de vapor. O dilema aqui é: vale a pena perder um pouco de eficiência energética em nome da segurança. Acreditamos que sim.

Vamos ao segundo dilema, relativo à necessidade de instalação de válvulas de bloqueio em válvulas de condicionamento de vapor (VCV). A VCV’s são conhecidas pelos projetistas de termoelétricas como “by-pass valve”. Elas têm este nome porque permitem desviar o vapor motriz da turbina do gerador para atender ao processo sempre que, por alguma razão (por exemplo, a conexão com a rede da concessionária foi interrompida, mas a moagem continua) o vapor motriz não pode passar pela turbina do gerador e sair como vapor de escape. Ao fazer este desvio o vapor motriz tem que ser resfriado até a temperatura para a qual estão projetados os equipamentos que operam com o vapor de escape, o que é feito por meio de injeção de água no vapor.

Até 2004, em nosso setor, este condicionamento (ajuste da pressão e da temperatura do vapor motriz desviado da turbina) era feito em duas etapas, com válvulas redutoras de pressão e com sistema de desuperaquecimento de vapor. A partir desta época começamos a introduzir a VCV’s de última geração, as quais permitem fazer o condicionamento do vapor em um único equipamento e em uma única etapa. Quando bem projetados, bem construídos e bem instalados, são equipamentos de alta confiabilidade e muito mais seguros e precisos do que o esquema anterior em duas etapas.

Quando fomos instalar as primeiras VCV’s em 2004 surgiu o dilema. Vamos ou não instalar válvulas de bloqueio nas VCV’s. Fomos consultar os fabricantes especializados, que instalam tais equipamentos em UTE’s pelo mundo afora com os mais diversos combustíveis e processos. Explicamos as condições operacionais das nossas usinas, nas quais raramente não existe possibilidade de uma parada anual de pelo menos 30 dias, pois sempre há a necessidade de manutenção nos sistemas de transporte de bagaço. A recomendação dos fabricantes foi unânime: instalar apenas uma válvula de bloqueio na entrada para a hipótese remota de uma VCV ficar travada em posição não totalmente fechada.

É importante lembrar que bloquear uma VCV para fazer manutenção na mesma com as linhas vivas não é tarefa fácil e nem barata. Além da válvula de bloqueio que normalmente instalamos na entrada, é necessário instalar uma válvula adicional de alta pressão com um respiro entre as duas por questão de segurança. No lado do vapor de escape (baixa pressão) também é necessário instalar duas válvulas de bloqueio, que normalmente são válvulas grandes e muito pesadas. Estas válvulas devem ser construídas em materiais que suportam alta temperatura, são caras. È necessário instalar antes do bloqueio na baixa pressão válvulas de segurança por mola (PSV), pois existe a possibilidade da pressão subir acima do suportado pela linha por falhas de operação ou de equipamentos. Resumindo, com o preço de todos estes acessórios adicionais compramos outra VCV e ainda sobra dinheiro. Não é de bom senso bloquear VCV’s quando há possibilidades de resfriar as linhas para manutenção anual!

Em todos os projetos nos quais trabalhamos, em apenas um caso havia necessidade de redundância total e de operar a planta durante vários anos sem paradas programadas para manutenção. Tratava-se de uma planta para produzir etanol que seria a matéria prima para a produção de plástico, sendo o bagaço a fonte de energia para todo o complexo industrial.

Em situações raras como esta acima, porém possíveis, o sistema de bloqueio das VCV’s poderá ser indispensável.