Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-24T14:15:12Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8882813 bytes, checksum: 447bbc34337976e5c2a098df23cee335 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-24T14:15:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8882813 bytes, checksum: 447bbc34337976e5c2a098df23cee335 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / This paper presents the development of a High Performance System (HPS). The project has three setting developed that analyzes the performance in quantity and quality energy for a generator engine Group (GEG) 100 KVA inserted in settings. For each study, the behavior of energy flows are decouple, making it possible to analyze the best structure of the HPS. The unit constituints of the project were a subsystem cooling by absorbing water – ammonia chiller, a heat recover and a biodiesel production plant. It with these subsystems will work separately characterizing them as cogeneration systems. After that it will be integrated all in one system and then classified as trigeneration system. This work also aims to analyze the behavior of electric charges by energy analyzer and temperature by thermal imager. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Alto Desempenho (SAD). O projeto desenvolvido apresenta três arranjos em que é analisado o desempenho em quantidade e qualidade energética para um grupo motor gerador (GMG) de 100 KVA inserido nos arranjos. Para cada estudo, os comportamentos dos fluxos de energia são distintos, o que possibilitará analisar a melhor estrutura do SAD. As unidades que constituem o projeto são um subsistema de refrigeração por absorção água-amônia, um recuperador de calor e uma usina de produção de biodiesel. Foram realizados ensaios com esses subsistemas individualmente caracterizando-os como sistemas de cogeração. Posteriormente, foram integrados todos em um só sistema, sendo então classificado como sistema de trigeração. Esse trabalho também analisa o comportamento das cargas elétricas por analisador de energia e análise térmica por câmera termográfica.

A proposta do método de análise da composição do custo da eletricidade gerada é baseada nos processos de utilização de energia e destruição da exergia contida no combustível através dos diversos processos termodinâmicos que compõe uma usina termelétrica de ciclo combinado. O método utiliza a termoeconomia para valorar e alocar o custo da degradação da exergia ao longo dos processos, considerando os custos referentes aos insumos e equipamentos utilizados. Embora o conceito possa ser aplicado a qualquer tipo de usina termelétrica em ciclo combinado ou cogeração, é desenvolvida neste trabalho a modelagem matemática para o caso de configurações com três níveis de pressão na caldeira de recuperação e condensação total do vapor produzido. É possível estudar qualquer configuração da forma n x 1 (n conjuntos de turbinas a gás e caldeiras de recuperação, com uma turbina a vapor e condensador) com a modelagem apresentada, desde que todos os conjuntos operem de forma idêntica e em regime permanente. A modelagem apresentada neste trabalho foi concebida a partir de um modelo complexo de usina, sobre o qual podem ser feitas variações para adaptá-lo a uma determinada configuração que se deseja estudar. As variação e adaptações incluem, por exemplo, uso de reaquecimento, queima suplementar e operação em cargas parciais, além de análises de sensibilidade quanto a parâmetros geométricos dos equipamentos. São apresentados e estudados do ponto de vista da termoeconomia, os resultados obtidos para uma termelétrica 2x1 em ciclo combinado operando com gás natural. / The proposal of the method for analyzing the composition of the electricity cost is based on the energy conversion processes and destruction of the exergy contained in the fuel through the several thermodynamic processes that comprise a combined cycle power plant. The method uses thermoeconomics to evaluate and allocate the cost of exergy degradation throughout the processes, considering the costs related to the used inputs and equipment. Although the concept may be applied to any combined cycle power plant or cogeneration one, this work develops only the mathematical modeling for three-pressure heat recovery steam generator configurations and total condensation of the produced steam. It is possible to study any n x 1 plant configuration (n trains of gas turbine and heat recovery steam generators associated to one steam turbine generator and condenser) with the presented model, since every train operates identically and in steady state. The presented model was conceived from a complex configuration of power plant, over which variations may be applied in order to adapt it to a defined configuration under study. The variations and adaptations include, for instance, use of reheat, supplementary firing and partial load operation, besides sensibility analysis of geometrical equipment parameters. The results obtained for a 2x1-combined cycle power plant using natural gas are presented and analyzed from the thermoeconomic point of view.

O trabalho apresenta a avaliação do desempenho termodinâmico de duas configurações diferentes de uma unidade industrial de produção de amônia pelo processo de reforma a vapor. Foi utilizada a análise exergética como critério de avaliação, afim de investigar o potencial técnico para implementar as melhorias tecnológicas do processo desenvolvidas nas últimas décadas. Foi desenvolvido um modelo de simulação no simulador comercial Aspen Hysys® para cálculo do balanço material e de energia, bem como das propriedades termodinâmicas necessárias para os cálculos de exergia. O modelo da simulação foi ajustado e validado com dados reais e mostrou-se confiável para desenvolver os estudos de processo e propor melhorias de projeto. Os resultados mostraram que a eficiência exergética do processo aumentou de 54,7% no Caso Base para 57,7% no Caso \"Otimizado\". Em ambos os casos a seção de reforma é a maior responsável pela exergia destruída e o reformador primário contribui com aproximadamente 45% da exergia total destruída no processo. Os maiores ganhos de eficiências estão associados as melhorias no reformador primário, que é o responsável por 61,5% da redução da exergia destruída. A eficiência exergética do reformador primário aumentou de 45,5% para 51,5%. A eficiência exergética da seção de síntese de amônia aumentou apenas 0,5%, de 92,2% para 92,7%, e os ganhos são mais importantes em base energética que em base exergética. A exergia perdida refere-se as emissões para atmosfera das correntes de gases de combustão (gás de chaminé), CO2 e água de resfriamento e também são mais importantes em base energética, uma vez que a exergia perdida representa menos de 30% da exergia não usada no processo. Finalmente, os resultados foram comparados com dados presentes na literatura e os valores de eficiência exergética encontram-se dentro da faixa dos dados publicados. Conclui-se que a análise exergética é útil para identificar as ineficiências de um sistema, pois leva em consideração não somente a quantidade, mas a qualidade da energia, e pode ser usada para obter estimativas mais precisas do potencial de otimização energética do sistema. / This work presents the thermodynamic performance assessment of two different configurations of an existing steam reforming process for ammonia production. Exergy method has been used to evaluate the energy consumption and to investigate the technical potential to implement the most advanced available technologies for process improvements. In addition, it the process was modeled in Aspen Hysys® process simulator to calculate material and energy balance as well as the thermodynamic properties required for exergy analysis. Field date coming from an industrial plant were used to adjust and validate the and was assumed the model is acceptably accurate and appropriate for the development of process studies and project improvements. The analysis results indicate the exergetic efficiencies of original and improved process are 54,7% and 57,7%, respectively. In both cases, the principal exergy losses occur in the reformer section and the primary reformer contributes within approximately 45% of the exergy destruction. The exergy efficiency of primary reformer increased from 45,4% to 51,5%. The exergy efficiency of ammonia synthesis loop increased in 0,5%, from 92,2% to 92,7%, which indicates the gains are more important in energy basis than exergy basis. The output energy is associated with stack gas, CO2 and cooling water and are more important in energy basis as the exergy loss is less than 30% of non-used exergy. Finally, the results were compared with data available in the literature and exergy efficiency values are within the range of published data. The exergy method is useful to identify the inefficiencies of a system because it takes into account not only the quantity, but also the quality of the energy, and can be used to obtain more accurate estimation of the potential energy optimization of the system.

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SicheJara_RaulBenito_D.pdf: 3887287 bytes, checksum: b57b55c77d578de54fb4deb3c01303d9 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Durante as últimas décadas tem se incrementado as preocupações relacionadas à degradação de sistemas sócio-ambientais. Este trabalho permite acrescentar o interesse na busca de métodos adequados de contabilidade ambiental que ajudem a medir a sustentabilidade. Os métodos aplicados nesta tese foram: a Pegada Ecológica, Análise exergética, e Análise Emergética. A base de nosso cálculo foi a economia do Peru tomando dados do ano 2004 como referência. Os resultados da aplicação destes métodos mostram que a tendência da economia do Peru é de diminuir sua sustentabilidade, tendência que se explica pela dependência crescente dos recursos não renováveis, principalmente combustíveis fósseis. Se bem a sustentabilidade do Peru é boa atualmente, uma diminuição de sua capacidade de suporte, como esta ocorrendo, reverteria a sua condição atual. Na parte final deste trabalho se apresentam duas propostas, que integram conceitos da Pegada Ecológica e Análise Emergética, para avaliar o desempenho ecológico de um sistema nacional, os quais pretendem ser mais abrangentes e compreensivos que os métodos convencionais / Abstract: In recent decades has increased the preoccupations related to the deterioration of socioenvironmental systems. This work allows add the interest in the search for appropriate methods of environmental accounting to help measure the sustainability. In this thesis, the methods following were applied: the Ecological Footprint, Exergy Analysis and Emergy Analysis. The basis for our calculation was the Peruvian economy taking data from year 2004 as reference. The results of the application of these methods show that the tendency of the Peruvian economy is decrease its sustainability; trend can be explained by the growing dependence of non-renewable resources, particularly fossil fuels. Although, the Peruvian sustainability is good now, a decrease of its ability to support, as this occurs, revert its current condition. At the end of this work are presented two proposals, which include concepts of Ecological Footprint and Emergy Analysis, to assess the environmental performance of a national system, which claim to be more widespread and understanding that the conventional methods / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Silvia Azucena Nebra de Perez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T08:40:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_LourencoGobira_D.pdf: 2286993 bytes, checksum: 9be242b04e4640bec3bb9397c2679294 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A alta dos preços do petróleo aliada ao aumento da participação do gás natural na matriz energética nacional força a sociedade a pensar em usos mais racionais para o gás, tanto por necessidades econômicas quanto ambientais. O hidrogênio é apontado por alguns autores como combustível do futuro, portanto aproveitar o gás natural como matéria-prima para produzir hidrogênio é uma das alternativas para melhor uso do gás. Este trabalho faz a análise exergoeconômica de dois processos básicos de produção de hidrogênio a Reforma a Vapor do Metano, SMR, e a Reforma Autotérmica do Metano, AtR, usando a Teoria do Custo Exergético, TEC, e a Análise Funcional, AF. É proposta a introdução de cogeração usando uma turbina movida a gás natural e outra movida a gás de síntese para os dois processos, gerando quatro casos de estudo onde a possibilidade de produzir excedentes para venda foi considerada. Foi feita a otimização dos processos com dois objetivos: busca da maior produção de hidrogênio e busca da menor geração de irreversibilidade. Os resultados mostram que a cogeração é uma possibilidade a ser estudada com cuidado, pois o custo de produção da eletricidade precisa ser competitivo com o mercado energético brasileiro. Os quatro casos de estudo mostraram boa flexibilidade para otimização dos processos / Abstract: The prices of Petroleum allied to the increase of the participation of the Natural Gas in the national energy matrix have forced the society to search for more rational uses for the gas by economic and environmental reasons. According to some authors, hydrogen is the fuel of the future and the production of hydrogen from natural gas is an alternative to improve the gas uses. This work performs an exergoeconomic analysis of two basic processes to produce hydrogen, Stem Methane Reforming, SMR, and Autothermal Reforming, AtR, using the Theory of Exergetic Cost, TEC, and the Functional Analysis, AF. Two cogeneration possibilities in the processes are also considered, resulting in four study cases with the possibility of producing surplus of electric energy to sell. And an optimization study is performed to improve the hydrogen production and reduce the irreversibility. The results shown that cogeneration is a useful possibility but must be applied according to the Brazilian energy market. The optimization process increased the results in the four cases / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho, o conceito de exergia é utilizado na proposição de um indicador de idade exergética que permita observar alterações da expectativa de vida de um indivíduo a partir da exergia destruída durante seu ciclo de vida. Para tal, a análise exergética é aplicada ao corpo humano e a volumes de controle menores dentro do corpo para diferentes cenários nos quais ocorram alterações nas reações metabólicas, a fim de determinar a taxa de exergia destruída em função da idade cronológica. Com essa informação, é calculado o indicador de idade exergética, podendo comparar a taxa de progressão da vida do indivíduo nas diferentes condições avaliadas com base na ideia de que há um valor máximo de exergia destruída acumulada durante a vida. Os efeitos do tabagismo e da obesidade são avaliados, e observa-se uma redução de aproximadamente 15 anos na expectativa de vida de fumantes, enquanto, para os obesos, o indicador mostra um aumento. Portanto, a identificação da obesidade como um fator de risco se deve ao desenvolvimento de patologias associadas à obesidade, e não ao aumento do metabolismo e à presença de gordura corporal subcutânea. Uma vez que maior parte das patologias relacionadas à obesidade está associada ao sistema cardiovascular, é proposto um modelo exergético do coração. Observa-se um aumento da taxa de exergia destruída na presença de hipertensão, que leva a uma redução de cerca de quatro anos na expectativa de vida. Por fim, é proposto um modelo do metabolismo de uma célula de câncer que leva em conta as alterações das rotas metabólicas, a partir do qual é possível observar um aumento de quase três vezes no metabolismo exergético de uma célula de câncer em comparação com uma célula saudável. A análise da progressão de um tumor indica que, na ausência de tratamento, a redução da expectativa de vida é de 27 anos. Além disso, no caso de tratamento, cada seis meses na presença da doença reduz a expectativa de vida em cerca de quatro anos. / In the present work, the concept of exergy is applied in order to propose an index of exergetic age that allows observing changes in life expectancy of a subject based on the exergy destruction throughout the life cycle. To do so, exergy analysis is applied to the human body and smaller internal control volumes for different scenarios where changes in metabolic reactions take place, aiming at determining the destroyed exergy rate as a function of chronological age. From this data, exergetic age index is calculated, enabling to compare the rate of life progression of the subject under different circumstances, based on the idea that there is a maximum value of cumulative destroyed exergy throughout life. The effects of smoking and obesity are evaluated and a reduction of approximately 15 years is observed for smokers, while, for obese people, the index shows an increase. Thus, the identification of obesity as a risk factor is more associated to the development of obesity-related diseases than to the metabolic rate increase and the presence of a thicker layer of subcutaneous fat. Since most of the obesity-related diseases are associated to the cardiovascular system, an exergy model of the human heart is proposed. The model reports an increase of the exergy destruction in case of hypertension that causes a reduction of about four years in life expectancy. Finally, a model of the metabolism of a cancer cell is proposed taking into account the changes in the metabolic paths, from which it is possible to observe a threefold increase of the exergy metabolism of a cancer cell, in comparison to a healthy one. The analysis of tumor progression indicates that, in the absence of treatment, the reduction of life expectancy is about 27 years. Furthermore, in case of treatment, each six months living with the disease causes a reduction of almost four years in life expectancy.

A revolução industrial levou a sociedade ao incremento do uso de fontes de energia e, no século XX, ao uso intensivo de derivados de petróleo, pelo desenvolvimento dos automóveis como meio de transporte. Ou seja, nos últimos séculos a sociedade tem usado como base de seu crescimento os combustíveis de origem fóssil, que na atualidade, além de seu esgotamento têm originado problemas ambientais derivados de seu uso. Dada esta situação, surge a necessidade de pesquisar sobre fontes alternativas de energia que tenham um menor impacto ambiental, como por exemplo, os chamados biocombustíveis, os quais são, na realidade, combustíveis de origem biomássica. Neste trabalho, fazendo-se uso da análise exergética e exergo-ambiental, são avaliadas diferentes rotas de produção de biocombustíveis: hidrólise ácida do amido da polpa da banana ou da banana, e hidrólise enzimática do material lignocelulósico de resíduo do cultivo da banana para obter açúcares que depois são fermentados e destilados para obtenção de etanol; produção combinada de açúcar e etanol mediante a moagem da cana de açúcar, concentração, cozimento e refino do açúcar e fermentação e destilação dos açúcares da cana-de-açúcar para produzir etanol; assim como a extração e transesterificação do óleo da palmeira-do-dendê para a produção de biodiesel. Para a análise da produção combinada de açúcar e etanol usando a cana de açúcar, e a extração do óleo da palmeira do dendê, foram usados dados técnicos obtidos de plantas de produção localizadas na Colômbia operando em condições normais. Para a produção do biodiesel, foram usados dados técnicos obtidos da planta de produção piloto da Universidade Nacional de Colômbia, e para a modelagem das rotas de produção de etanol usando o material vegetal da banana, os dados de análises experimentais feitos no Laboratório do Bioprocessos da Universidade Nacional de Colômbia. A análise é feita considerando desde o cultivo da biomassa até a obtenção do biocombustível, dividindo cada rota de produção em seus principais volumes de controle: cultivo da biomassa, processos de produção, planta de utilidades e a planta de tratamento dos resíduos. Em cada volume de controle é definida e obtida a eficiência exergética nas condições atuais dos processos, visando a otimização dos parâmetros que participam do processo produtivo. Da análise, encontra-se que as maiores irreversibilidades são geradas nos processos onde acontecem reações termoquímicas irreversíveis, especialmente a reação de combustão, hidrólise e fermentação, e a necessidade de continuar pesquisando para reduzir o consumo dos insumos utilizados, calor e trabalho mecânico. Finalmente, por meio da análise exergo-ambiental é proposto o Indicador Exergético de Renovabilidade, o qual avalia a exergia dos produtos em relação à exergia não-renovável nos insumos, de desativação dos resíduos, perda nos resíduos não desativados e a exergia destruída nos processos. Como conclusão principal, encontra-se que ainda que seja usada biomassa como matéria principal, devido especialmente à entropia gerada nas etapas dos processos, algumas rotas de produção de biocombustíveis podem ser classificados como não renováveis. / The industrial revolution led the society to increase the use of energy resources, and in the 20th Century to the intensive use of petroleum derivate, due to the development of internal combustion engines for transport end-use. Therefore, during the last 200 years, the society has used fossil fuel as basis for its development, which actually has originated environmental problems derived of its intensive use. Set against this situation, it arises the necessity to research alternative energy resources with less environmental impacts, such as biofuels, originated from biomass. In this work, using the exergy and exergo-environmental analysis, different biofuel production processes are evaluated: acid hydrolysis of starch from banana fruit pulp or banana fruit and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic residual material from banana fruit production to produce sugars that are fermented and distillated to produce ethanol; combining production of sugar and ethanol from sugar cane; as well as the african palm oil extraction and transesterification to biodiesel production. For combining production of sugar and ethanol from sugar cane and african palm oil extraction, were used technical dates from industrial production plants located in Colombia, working in normal conditions. For biodiesel production, was used technical dates from pilot plant production from National University of Colombia and for ethanol production routes from banana fruit, were used technical dates obtained from experimental analysis doing in Biochemical Laboratory of National University of Colombia. The analysis developed takes into account the different energy conversion processes from biomass growing to final product obtained, dividing each process on its main control volumes: biomass growing and transport, production plant, utility plant and residues treatment plant. The exergy efficiency for each control volume is defined and calculated aiming at the optimization of main thermodynamics variables that are taking part in the production process. From the analysis, it is founded that the greater irreversibilities are generated in processes where termochemical irreversible reactions take place, specially: the combustion, hydrolysis and fermentation reaction, and the necessity to continue researching to diminish the use of raw material as well as steam and mechanical work. Finally, based on the exergo-environmental analysis, it is proposed the Renewability Exergetic Indicator, which aims to evaluate the relation among the exergy in the products obtained and the non-renewable exergy input, the deactivation exergy consumed in residues treatment, as well as the exergy destroyed on production processes and exergy lost in non treated residues. The main conclusion is that, despite the use of biomass as raw material, some biofuels production processes may be classified as non-renewable, due to the entropy generation in production phases.

O hidrogênio molecular (H2) é um gás muito útil nas indústrias químicas e petroquímicas por conta de sua facilidade de reação com outros elementos químicos. Nas refinarias é o principal insumo no processo de remoção do enxofre de diversos combustíveis como a gasolina e óleo diesel, tendo sua demanda aumentada por conta de novas legislações ambientalmente mais restritivas. O hidrogênio é normalmente encontrado na natureza associado a outros elementos químicos, como a água ou os hidrocarbonetos, sendo necessária a aplicação de processos específicos para sua obtenção. Considerada a rota mais econômica para a produção de hidrogênio, o processo de reforma a vapor do gás natural é avaliado pela aplicação da metodologia de análise exergética e termoeconômica, a fim de determinar a eficiência exergética do processo e o custo de produção do hidrogênio. Este custo de produção é muito sensível ao custo do gás natural, fato que pode prejudicar a competitividade desta rota de produção e, consequentemente, abrir a possibilidade de investir na produção de hidrogênio através de tecnologias alternativas. A unidade de geração de hidrogênio estudada está presente em uma das refinarias da Petrobras e sua produção destina-se à remoção do enxofre presente no óleo diesel. Uma planta síntese do processo foi elaborada e as eficiências exergéticas dos componentes foram determinadas. Em seguida, foi realizada uma análise econômica para determinar o custo de construção, operação e manutenção da planta. Com base nos resultados obtidos, aplicou-se a metodologia de análise termoeconômica para determinar o custo de produção de hidrogênio. Dois tipos de custo foram determinados, o custo atual (ou atualizado) de produção, que indica o custo corrente (2010) do produto, e o custo nivelado, que leva em consideração a produção total prevista ao longo vida útil da planta. Para um custo de gás natural igual a 9,11 US$/GJ, o custo de produção do hidrogênio em base exergética foi igual a 17,36 US$/GJ (2.093,13 US$/t) para o valor atual e 25,35 US$/GJ (3.056,97 US$/t) para o valor nivelado. Por fim, estes valores são comparados com outros custos de produção de hidrogênio presentes na literatura. / Pure hydrogen (H2) is an useful gas in chemical and petrochemical industries because it reacts easily with several other elements. On refineries, hydrogen is used to sequestrate sulphur from diesel and gasoline. Emission restrictions regard to fossil fuels are rising the world hydrogen demands. In spite of its abundance, hydrogen is normally found associated with other chemical species like water or hidrocarbons like methane or butane. Some especific processes are required to obtain pure hydrogen. Considered the most economic production route, the natural gas reforming process is analyzed by exergetic and thermoeconomic methods in order to determine the efficiencies and the hydrogen production cost. The hydrogen production cost is very sensitive to the cost of natural gas, which has suffered constant increases due to rising demand. This fact opens the possibility of using technologies that were previously considered economically unviable. The hydrogen unit studied was constructed in one of the Petrobras refineries, and the hydrogen produced is for the removal of sulfur in diesel oil. Based on project documents exergetic efficiencies of each component were determined. After that, an economic analysis was conducted in order to determine the construction, operation and maintenance costs of the whole plant. Two types of cost were determined, the actual cost production, which indicates the current cost product (2010), and the levelized cost, which takes into account the total production over life of the plant. Considering a natural gas cost equal to 9.11 US$/GJ, it was obtained an actual hydrogen production cost of 17.36 US$/GJ (2,093.13 US$/t) and a levelized cost of 25.35 US$/GJ (3,056.97 $/t). These values were compared with some hydrogen production costs presents on scientific papers and related references.

Com a necessidade de novos investimentos no setor energético, e o emprego de técnicas que minimizem as agressões ao meio ambiente, a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis tem se mostrado importante na matriz energética brasileira. Diante da grande concentração de usinas de cana-de-açúcar no interior de São Paulo e considerando que a biomassa proveniente destas agroindústrias vem demonstrando grande importância na produção de energia, foi feita uma análise energética, exergética e ambiental, baseadas nos princípios da Termodinâmica, de sistemas de geração de energia elétrica em sucroalcooleiras do interior paulista. E ainda, foi realizada uma avaliação do melhor sistema de aproveitamento dos subprodutos da cana-de-açúcar proveniente deste setor. Nesse contexto, foram realizados estudos de caso em duas agroindústrias, indicando qual delas apresenta o melhor desempenho no sistema. A que mais se destacou foi aquela que emprega um sistema de alta e média pressão, utilizando-se apenas de duas caldeiras ao invés da outra que contém cinco. Os valores de eficiência energética foram de 82% e 75% para a de melhor e menor desempenho, respectivamente, e de performance exergética, de 31,02% e 26,15%, na mesma ordem. Mostrando, então, a diferença entre a utilização somente da Primeira Lei da Termodinâmica e ao aplicar também o Segundo Princípio para realizar um estudo mais aprofundado e, então, complementá-la. Na análise ambiental foram aplicados indicadores exergéticos que se apresentaram como viáveis instrumentos de avaliação de impacto ambiental, pelos quais foi classificada como sendo a de menor taxa de poluição para a usina que obteve a melhor eficiência termodinâmica na utilização do bagaço como insumo energético. / Due to necessity of new investments in the energy sector, using techniques that minimize environmental damages, the generation of electricity from renewable sources has shown important in the Brazilian energy matrix. Given the high concentration of sugar and alcohol mills in São Paulo and considering that the biomass from these agro-industries has presented great importance in energy production, it was made an energy, exergetic and environmental analysis, based on the laws of Thermodynamics, on systems of energy generation used in sugarcane industries in São Paulo State. And, it was made an evaluation of the best exploitation system from sugarcane sub-products of this sector. In this context, case-studies were conducted in two sugarcane power plants, denoting which of them had the best performance. The industry that uses a system of high and medium pressure was the plant that stood out, using only two boilers instead of one that uses five. The values of efficiency were 82% and 75% for the one that showed better accomplishment and for plant that produced a lower efficiency, respectively, and exergetic efficiency of 31.02% and 26.15%, in the same order. These results presented the difference between using only the First Law of Thermodynamics and to apply the Second Law also for the purpose of to make a more detailed study in order to complement it. For an environmental analysis, energy indicators were applied and they presented themselves as viable evaluators of environmental impact, which was presented as the lower rate of pollution to the plant that showed the greatest efficiency in the use of bagasse as an energy input.

Orientadores: Silvia Azucena Nebra de Pérez, Joaquim Eugênio Abel Seabra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MosqueiraSalazar_KleverJoao_M.pdf: 3838720 bytes, checksum: c2f6132a9e3da195a47d32604b8252c3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção e o consumo de biocombustíveis têm aumentado rapidamente nos últimos anos, no entanto, esse crescimento tem levantado questões a respeito da sua sustentabilidade. Uma nova configuração da produção de biocombustíveis, chamados de segunda geração, a partir principalmente de resíduos agroindustriais como o bagaço de cana-de-açúcar, se apresenta como uma solução frente àquelas questões, ao aumentar a produção com o mesmo volume de recursos. Não obstante, a sua sustentabilidade no que diz respeito ao uso da água ainda precisa ser comprovada, devido a que o consumo de água na fase industrial é considerado um ponto crítico decorrente do seu aumento durante o processo de hidrólise, ao se desenvolver este em soluções com baixas concentrações de sólidos. Assim, este estudo objetiva a avaliação de alguns aspectos da sustentabilidade da produção integrada de etanol de primeira e segunda geração a partir da cana-de-açúcar para diferentes cenários, comparada ao processo convencional, através do impacto no consumo de água por litro de combustível produzido, e mediante uma análise exergética do processo visando determinar a influência deste processo nos custos exergéticos dos produtos da planta. Foi realizado um inventário dos consumos de água por cada processo durante a produção de etanol, e identificou-se ainda o potencial de reúso dos efluentes visando a redução da captação externa de água. Os resultados revelaram que mesmo com a introdução do novo processo, através de adequadas medidas de reúso como o fechamento de circuitos de água, e o tratamento dos novos efluentes na produção integrada, produzindo inclusive biogás, é possível atingir patamares de captação de água muito próximos aos já existentes no atual setor sucroalcooleiro. Por outro lado, desde a visão da termodinâmica, quando considerados como produtos o etanol anidro e a eletricidade excedente no processo convencional, foi alcançada uma eficiência de segunda lei igual a 28%, enquanto no processo integrado, considerando ademais ao biogás como produto, foram atingidos maiores desempenhos na gestão dos recursos com valores na faixa de 35 a 37% devido ao aumento da produção de etanol e eletricidade excedente. Adicionalmente, foram encontrados aumentos entre 13,5% e 10,2% nos custos exergéticos do etanol anidro durante a produção integrada, decorrente principalmente das maiores irreversibilidades geradas na caldeira com o aumento da produção de vapor / Abstract: Production and consumption of biofuels have been growing rapidly in the last few years; however, this rapid growth has raised questions regarding its sustainability. A new configuration of biofuel production, the so called second generation biofuels, mainly produced from agroindustrial residues such as sugarcane bagasse, appears as a solution to those issues, increasing production with the same amount of resources. Nevertheless, its sustainability relative to water use has still to be proven; because of water use in industrial stage is considered critical, due to its increase during the hydrolysis process, which occurs in solutions with low concentrations of solids. Thus, this study aims the assessment of some sustainability topics of the integrated production of first and second generation ethanol from sugarcane compared to the conventional process, through the impact on consumption of water per liter of fuel produced, and by an exergy analysis of the process to determine its influence in the exergetic cost of the main plant's products. It was perfomed an inventory of water consumption by each process during ethanol production and it was even identified the potential of effluents for recycling in order to reduce water withdrawal. Results showed that considering the introduction of the new process, and through appropriate procedures of reuse, such as closing water circuits and treatments of new effluents from integrated production, producing even biogas, it is possible to achieve water withdrawals close enough to those existing in current ethanol plants. Moreover, from the thermodynamic point of view, considering ethanol and surplus electricity as the major products in the conventional process, it was obtained a second law efficiency equal to 28%, while in the integrated process, when considering biogas also as a product, it was reached a greater performance in resources management with values in the range of 35 to 37% owing to the larger ethanol and surplus electricity production. Additionally, increases between 13,5 and 10,2% in the exergetic costs of anhydrous ethanol in the integrated production were found mainly due to irreversibilities generated in the boiler for steam production / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos