Caracterização energética de fotobiorreatores e sua potencial otimização

Abstract

O presente trabalho foi desenvolvido no contexto da análise energética e tentativa de otimização dos sistemas de produção de microalgas presentes na empresa Cimentos Maceira e Pataias, S.A. – Algafarm, Unidade Industrial de Produção de Microalgas, com o propósito de reduzir o consumo energético associado ao processo. Para tal foram analisadas variáveis como caudal, perdas de carga, pressão, consumos energéticos e incidência solar, tendo sido executado um relacionamento de todos estes pontos tendo em conta todas as informações existentes sobre os equipamentos e circuitos em estudo, validando-se o estado em que os reatores se encontram a operar e sua conformidade com o que fora inicialmente idealizado. Após a execução do diagnóstico geral da instalação, foram propostos três cenários de tentativa de eficiência energética: O primeiro cenário estudado consistiu na retirada de uma das eletrobombas presentes no sistema, ficando este a operar com apenas duas bombas instaladas em paralelo. Este cenário mostrou-se energeticamente ineficiente, uma vez que resultaria em um aumento significativo nos consumos energéticos do processo. O segundo cenário consistiu em um estudo de viabilidade de implementação de um sistema fotovoltaico de autoconsumo para alimentar os grupos de eletrobombas. A implementação desta melhoria apresentou resultados bastante positivos, mostrando-se como uma boa solução ao problema em estudo. Uma vez que ao nível dos equipamentos hidráulicos instalados não foi possível encontrar formas de redução nos consumos, o terceiro cenário passou pela análise da incidência solar na zona fótica do sistema e avaliação do impacto que alterações ao nível geométrico teriam na produtividade do sistema e consumo energético, verificando-se uma melhoria significativa no indicador energético específico através das configurações propostas.

The present work reports the energy analysis and attempt to optimize the microalgae production systems present in the company Cimentos Maceira and Pataias, S.A. - Algafarm, Industrial Unit of Microalgae Production, with the purpose of reducing the energy consumption associated with the process. For this purpose, variables such as flow, pressure losses, pressure, energy consumption and solar incidence were analyzed, and a relationship was made of all these points taking into account all the information about the equipments and circuits under study, validating the state in that the reactors are operating and their conformity with what was initially idealized. After performing the general diagnosis of the installation, three scenarios of attempted improved energy efficiency were proposed: The first scenario studied consisted in the removal of one of the electropumps present in the system, operating with only two pumps installed in parallel. This scenario was energetically inefficient, since it would result in a significant increase in the energy consumptions of the process. The second scenario consisted in a feasibility study of the implementation of a photovoltaic system for self-consumption to power the groups of electropumps. The implementation of this improvement presented very positive results, proving to be a good solution to the problem under study. Since in the installed hydraulic equipment it was not possible to find ways to reduce consumption, the third scenario was the analysis of the solar incidence in the photic zone of the system and evaluation of the impact that changes at the geometric level would have on the system productivity and energy consumption, resulting in a significant improvement in the specific energy indicator through the proposed configurations.