<p>In the pilot plant at Hammarby Sjöstad, Sjöstadsverket, several new methods are tested in order to achieve a good use of resources. When a new technique is considered it is often the performance of the technique itself, under given conditions, that is evaluated. However, in order to evaluate the overall function the whole picture is needed. With a system analysis it becomes possible to make a comparison where all the positive aspects are put up against the negative ones, for the technique itself as well as its requirements. In this way the influence that minor components have on an entire system can be considered.</p><p>This report presents a system analysis of an anaerobic membrane reactor (MBR) with a VSEP-membrane (Vibratory Shear Enhanced Process). The MBR is tested at the research treatment plant at Hammarby Sjöstad. In the analysis presented two different treatment techniques treating two different types of wastewaters are compared. The considered techniques are conventional (represented by an active sludge process) and the MBRtechnique. The waters treated are a mixed wastewater and wastewater from a separating system where closet water is separated from greywater and mixed with food waste from waste disposers.</p><p>The system analysis has been carried out with the URWARE (URban WAter REsearch) system analysis tool. A new URWARE-model that describes the anaerobic reactor and the VSEP membrane was created in order to generate the system structures needed for the analysis. The model consists of two submodels, which as the other URWARE-models are mass-flow, steady-state models based on yearly average-values. The model was tested and calibrated from the test-results at the Hammarby Sjöstad pilot plant. In the study the systems are compared considering energy, exergy and recirculation of nutrients.</p><p>The VSEP-technique has some advantages compared to the conventional system as it ensures that a large part of the nutritional content in the wastewater can be retained. The advantage is more obvious with the separated system, where food waste is mixed with closet water. Also the global warming potential of the new technique is lower. However, conventional treatment is better from an exergy-perspective. This is mostly due to the high energy consumption as a result of the reversed osmosis (RO) required for post treatment.</p> / <p>I försöksanläggningen vid Hammarby Sjöstad, Sjöstadsverket undersöks flera olika metoder för att uppnå största möjliga resursutnyttjande. När en ny teknik utprovas är det i allmänhet funktionen hos den givna metoden under givna förutsättningar som undersöks. För att få ett helhetsperspektiv krävs emellertid att den sätts in i sitt sammanhang. En systemanalys gör det möjligt att få en bild av alla för- och nackdelar, såväl av tekniken i sig som av de förutsättningar den kräver. Även effekter som små delar har på ett helt system kan då belysas och dess betydelse för helheten fastställas.</p><p>Föreliggande studie möjliggör en systemanalytisk utvärdering av en anaerob membranbioreaktor (MBR) kopplad till ett VSEP-membran (Vibratory Shear Enhanced Process) som är under utprovning vid Sjöstadsverket. Studien jämför två vattenreningstekniker för behandling av två olika typer av avloppsvatten. Dels rör det sig om konventionell teknik (aktiv slam-rening liknande den behandlingsmetod som används idag), dels den nya MBRtekniken. De vatten som behandlas är blandat avloppsvatten respektive sorterat klosettvatten blandat med matavfall från avfallskvarnar.</p><p>Systemanalysen har utförts med hjälp av systemanalysverktyget URWARE (URban WAter REsearch). För att kunna bygga upp önskade systemstrukturer har en ny modell för att beskriva den anaeroba reaktorn och VSEP-membranet skapats inom ramen för detta examensarbete. Modellen består av två delmodeller, som liksom övriga modeller i URWARE är substansflödesmodeller där beräkningar är baserade på årsmedelvärden. Modellen har utprovats och kalibrerats mot mätresultat från pilotförsöken vid Sjöstadsverket. I studien jämförs systemen med avseende på energi, exergi och återföring av närsalter.</p><p>Utifrån systemanalysen konstateras att MBR-tekniken ger vissa fördelar gentemot konventionell teknik då en stor del av näringsinnehållet från avloppsvattnet kan fångas upp. Detta gäller speciellt då tekniken används i kombination med ett separerat avloppssystem där matavfall blandas med klosettvatten. Även växthuspotential för den nya tekniken är lägre totalt sett. Ur exergisynpunkt är konventionell teknik emellertid mer fördelaktig. Till stor del beror detta på hög energiförbrukning pga. den efterbehandling med omvänd osmos (RO) som systemet i dess nuvarande utformning kräver.</p>

A tendência da indústria aeronáutica comercial é o desenvolvimento de aviões mais eficientes em termos de consumo de combustível e custos operacionais diretos. No que diz respeito ao consumo de combustível, algumas estratégias da indústria aeronáutica são o uso de uma aerodinâmica mais eficiente, materiais mais leves e motores e sistemas mais eficientes. O motor turbo jato convencional fornece potência elétrica para os sistemas de cabine (luzes, entretenimento, cozinha) e aviônicos, potência hidráulica para os sistemas de controle de vôo e potência pneumática para proteção contra formação de gelo e unidade de controle ambiental. Motores mais eficientes e diferentes tipos de arquiteturas de sistemas, como os sistemas mais elétricos, são promessas para reduzir o consumo de combustível. A fim de comparar os processos energéticos das arquiteturas de sistemas e motor numa mesma base, a exergia é o verdadeiro valor termodinâmico que deve ser utilizada como ferramenta de decisão para projeto de sistemas, motores e aeronaves, assim como parâmetro de otimização. Trabalhos de outros autores focaram apenas em redução da exergia destruída e nenhum trabalho apresentou um método harmonizador que consolide os parâmetros já existentes e crie outros parâmetros comparativos entre sistemas. Este trabalho propõe um método baseado em análise exergética para concepção e avaliação de sistemas aeronáuticos, que pode ser aplicado ao projeto de uma nova aeronave desde as fases de estudos conceituais e ante projeto até a fase de definição. O método pode suportar o projeto completo de uma aeronave como um único sistema, pois integra todos os subsistemas numa mesma estrutura. Os principais índices propostos neste trabalho são: exergia destruída, rendimento exergético, consumo específico de exergia, exergia destruída na missão e eficiência exergética da missão. Este trabalho também apresenta resultados comparativos ao aplicar o método exergético entre versões de uma mesma aeronave comercial regional, considerando sistemas de gerenciamento de ar (sistema de extração pneumática, unidade de controle ambiental e sistema de proteção contra formação de gelo) convencionais e mais elétricos. Para tanto, quantificam-se os requisitos de dimensionamento e faz-se a modelagem termodinâmica dos sistemas convencionais e mais elétricos, assim como a modelagem do motor para ambas as versões da aeronave. Os resultados da aplicação do método exergético evidenciam que os sistemas convencionais de gerenciamento de ar são os maiores consumidores de exergia de uma aeronave e que a substituição por sistemas mais elétricos é uma boa alternativa para melhorar a eficiência termodinâmica da mesma. Considerando os mesmos requisitos exergéticos de tração entre as duas versões de aeronaves, a abordagem mais elétrica apresenta maiores rendimentos exergéticos de missão em torno de 0,5%. Entretanto, a análise completa também leva em conta as diferenças de peso e arrasto entre as duas versões de aeronaves, a qual evidencia que a escolha por sistemas mais elétricos deve ser guiada pela variação dos requisitos de tração que esta aeronave possui com relação ao avião com sistemas convencionais. / A tendency of the commercial aeronautical industry is to develop more efficient aircraft in terms of fuel consumption and direct operational costs. Regarding fuel consumption, some strategies of the aeronautical industry are to use more efficient aerodynamics, lightweight materials and more efficient engines and systems. The conventional turbo fan engine mainly provides electric power for cabin systems (lights, entertainment, galleys) and avionics, hydraulic power for flight control systems and bleed air for ice protection and environmental control systems. More efficient engines and different types of systems architectures, such as more electric systems, are a promise to reduce fuel consumption. In order to compare the energy processes of systems and engine architectures at the same basis, exergy is the true thermodynamic value that shall be used as a decision tool to aircraft systems and engine design, and also as an optimization tool. Other works have focused only on reduction of exergy destruction and none have presented a method that harmonizes and consolidates the existing comparative parameters and creates new parameters among systems. This work proposes a method based on exergy analysis for conception and assessment of aircraft systems, that can be applied to an aircraft project from the conceptual and preliminary designs to the detail design. The method can support the design of the complete vehicle as a system and all of its subsystems in a common framework. The main proposed parameters in this work are: exergy destruction, exergy efficiency, specific exergy consumption, mission exergy destruction and mission exergy efficiency. This work also presents comparative results by applying the method to conventional and more electric version of the same regional commercial aircraft, considering conventional and electric air management systems (bleed system, environmental control system and ice protection system). In order to, sizing requirements are evaluated and thermodynamic models are performed for both conventional and more electric air management systems, and also engine models are performed for both aircraft. Results show that conventional air management systems are the higher exergy consumers among aircraft systems and the substitution for more electric systems is a good alternative to improve the aircraft thermodynamic efficiency. Considering the same thrust exergy requirements for both aircraft, the more electric version presents higher mission exergy efficiency around 0.5%. However, a complete trade-off also takes into account weight and drag differences of both versions, which makes evident that the selection for more electric systems must be driven by the variation of thrust requirements between more electric and conventional aircraft.

A análise exergética é aplicada ao corpo humano a fim de determinar o comportamento exergético padrão do corpo e do seu sistema respiratório para um indivíduo saudável em diferentes condições ambientais e intensidades de atividade física. Para isso, são calculadas as taxas de exergia destruída e as eficiências exergéticas do pulmão e do corpo como um todo para diferentes altitudes, períodos de aclimatação, temperaturas, umidades relativas e intensidades de atividade física. São utilizados modelos do corpo e do sistema respiratório disponíveis na literatura, assim como um modelo exergético do corpo. Para a análise exergética do sistema respiratório é proposto um modelo exergético baseado no modelo de transferência de calor e massa presente na literatura. A análise exergética é aplicada a dois volumes de controle: o corpo e o sistema respiratório, que compreende as vias aéreas e os pulmões. No primeiro volume de controle ocorre transferência de exergia para o ambiente através de convecção e radiação, assim como fluxos de exergia através da respiração e evaporação, além da geração de exergia pelo metabolismo exergético. No volume de controle relativo ao sistema respiratório, os fluxos de exergia estão associados ao ar inspirado e expirado e ao sangue venoso e arterial. A transferência de exergia ocorre através do calor gerado pelo metabolismo e do trabalho dos músculos respiratórios. Há também uma variação da exergia relativa ao metabolismo exergético do pulmão. Os resultados obtidos indicam que a eficiência exergética do pulmão diminui com a altitude e atividade física, enquanto a do corpo aumenta para ambos os parâmetros. Com relação à aclimatação, o período no qual as eficiências exergéticas são máximas é a partir de vinte dias. No que diz respeito à variação da temperatura e da umidade relativa, observa-se que quanto maior a intensidade da atividade física, menor a temperatura próxima do conforto. Nota-se que as eficiências do corpo e do pulmão têm comportamentos distintos, sendo o corpo mais influenciado pela intensidade da atividade física, enquanto o sistema respiratório é mais suscetível a alterações das condições ambientais. / Exergy analysis is applied to human body in order to determine the exergy behavior pattern of the body and its respiratory system for a healthy subject under different environmental conditions and physical activity intensities. In order to do so, destroyed exergy rate and exergy efficiencies are calculated for different altitudes, acclimatization periods, temperatures, relative humidities and exercise intensities. An integrated model of the body and its respiratory system and an exergy model of the body are utilized. To perform the exergy analysis of respiratory system, an exergy model based on that available in literature is proposed. Exergy analysis is applied to two control volumes: the human body as a whole and the respiratory system, which comprises the lungs and the airways. In the first control volume, the exergy rate transferred to the environment due to convection and radiation is considered, as well as the exergy flow rate associated with respiration and transpiration and the internal exergy generation caused by the exergy metabolism. In the second one, the exergy rates and flow rates are associated with the venous blood and the inspired air in the inlet and the arterial blood and expired air in the outlet. An internal exergy variation due to the exergy metabolism of the lung, an exergy transfer associated with the metabolism of the lung and the work performed by the respiratory muscles were also taken into account. The results indicate that the exergy efficiency of the lung decreases as the altitude and exercise intensity increase, while the exergy efficiency of the body increases for both parameters. Regarding acclimatization period, the greatest exergy efficiencies are obtained after twenty days. Concerning temperature and humidity variations, the higher the activity level, the lower the thermal comfort temperature. It is also possible to observe distinct behaviors between body and lung. The body is more influenced by the physical activity intensity, while the respiratory system is more affected by environmental parameters.

A indústria sucroalcooleira tem na produção do álcool etílico carburante a captação de água em grande volume para geração de vapor, resfriamento e como parte do processo, sendo também geradora de grandes quantidades de efluentes. A indústria utilizando a energia proveniente da queima do bagaço nas caldeiras para transformação da água em vapor, gera sua própria eletricidade, e todo trabalho mecânico desenvolvido no processo. O grau de aproveitamento do vapor residual em trocadores de calor demonstra a eficiência da empresa. O balanço das massas que estão sendo transformadas neste processo, permite avaliar através da temperatura dos efluentes lançados, as perdas de exergia que podem ser minoradas. A ferramenta análise exergética (medida do grau de desequilíbrio energético entre uma substância e seu ambiente) empregada neste trabalho, mostra através de estudo de caso em duas usinas, como identificar, na avaliação dos efluentes lançados as perdas exergéticas em volumes de controle traçados no ciclo de produção do álcool, onde estão acontecendo as perdas e as possibilidades de melhorias que venham a corrigi-las / In the production of ethyl alcohol as a fuel, the sugar and alcohol industry captures large volumes of water for steam generation, for cooling and as part of the process, generating large amounts of effluents. Using the energy produced by the burning of bagasse in the furnace for the transformation of water into steam, the industry generates its own electricity and the entire mechanical work developed in the process. The degree of utilization of residual steam in heat exchangers demonstrates the efficiency of the plant. The balance of the energies being transformed in this process shows, through the effluents launched, the losses that may be reduced. By means of case studies in two mills, the exergetic analysis tool (measurement of the degree of unbalance between the substance and its environment) employed in this study shows how to identify, in control volumes traced in the alcohol production cycle, where the losses are occurring and the possibilities of improvement that may eventually correct them

A energia é o maior contribuinte para os custos de operação de uma indústria, portanto, estudos para melhoria da eficiência dos sistemas que utilizam alguma fonte de energia são indispensáveis. O presente trabalho tem por objetivo a obtenção de configurações ótimas para satisfazer demandas de eletricidade e cargas térmicas de aquecimento e refrigeração a partir de uma fonte primaria de energia, avaliando o impacto dessas nos custos de produção de eletricidade, vapor e água gelada. Estes tipos de sistemas são conhecidos como sistemas de trigeração. A avaliação de desempenho dos sistemas de trigeração é conduzida através da aplicação da análise exergética e exergoeconômica das alternativas propostas para a determinação do rendimento exergético e custos em base exergética de produção de utilidades desse tipo de sistema. Após apresentar uma breve discussão sobre o uso eficiente e racional de energias primárias e mostrar um panorama da situação para a aplicação de sistemas de trigeração para satisfazer demandas energéticas na indústria e o setor terciário, são descritas diferentes tecnologias envolvidas neste tipo de sistemas e algumas configurações propostas por vários pesquisadores nos anos recentes. O trabalho mostra o impacto das tecnologias de trigeração nos custos em base exergética dos produtos: eletricidade, vapor para processo e água gelada. Sistemas de refrigeração por absorção de efeito simples, duplo efeito e o sistema híbrido de absorção/ejeto compressão são analisados, como parte do estudo dos sistemas de trigeração. Diversos sistemas de trigeração, incluindo o sistema tetra-combinado, são comparados satisfazendo demandas energéticas para três aplicações diferentes: indústria de laticínios, hospital e indústria de bebidas. As configurações em estudo são otimizadas usando o método de algoritmo genético. Os resultados mostram que o sistema de refrigeração híbrido de absorção/ejeto compressão é uma boa alternativa para a produção da água gelada porque o coeficiente de desempenho (COP) e a eficiência exergética são maiores do que no sistema de refrigeração por absorção de efeito simples. Observando o impacto na formação dos custos de conversão de energia para os sistemas de trigeração propostos, os sistemas que utilizam unidade de refrigeração por absorção de duplo efeito são os que apresentam menor impacto. O sistema tetra-combinado apresenta um menor impacto quanto comparado com o ciclo combinado com unidade de refrigeração por absorção de simples efeito. O consumo de combustível e a destruição de exergia dos diferentes sistemas são refletidos nos custos em base exergética dos diferentes produtos. A otimização com algoritmos genéticos mostrou ganhos importantes nos custos em base exergética dos produtos, mediante a maximização da eficiência exergética dos diferentes sistemas de trigeração. O método dos algoritmos genéticos mostra-se como um método robusto para a otimização de sistemas de conversão de energia, mesmo que exija um grande esforço computacional. / Energy is the largest contributor to operating costs of any industry; therefore, studies for improving systems efficiency that use some energy source are essential. This work aims to obtain optimal configurations in order to satisfy required demands for electricity and thermal loads for heating and cooling from a primary source of energy, evaluating the impact of the electricity, steam and chilled water production costs. These types of systems are known as trigeneration systems. The performance evaluation of trigeneration systems is carried out by the application of exergy and exergoeconomic analysis of the proposed alternatives in order to determine exergy efficiency and exergy based costs on production of this type of system utilities. After presenting a brief discussion about efficient and rational use of primary energies and an overview of situation for trigeneration systems application, various technologies involved in this type of systems and some configurations proposed by several authors are described. This research shows the impact of trigeneration technologies in exergy-based costs of products: electricity, steam process and chilled water. Absorption refrigeration systems of simple effect, double effect and the hybrid absorption/ejecto compression are analyzed, as part of the trigeneration systems study. Several trigeneration systems, including the tetra-combined system, are compared with each other, satisfying energetic demands for three different applications: a dairy industry, a hospital and a drinks industry. The configurations in study are optimized using the Genetic Algorithm method. The results show that the hybrid absorption/ejecto compression refrigeration system is a good alternative for chilled water production due to that the coefficient of performance (COP) and the exergetic efficiency are higher than simple effect absorption refrigeration system. Observing the impact in the formation of the energy conversion costs for trigeneration systems proposed, the systems that use a double effect absorption refrigeration system presents the less impact. When tetra-combined system is compared with the system using a simple effect absorption refrigeration system, the results show a reduction in the impact of costs formation. The fuel consumption and exergy destruction of the different systems is reflected in the exergy based costs of the different products. The optimization with genetic algorithms shown important profits in the exergy based costs of products, by means of the exergetic efficiency maximization of the different trigeneration systems. The genetic algorithm method is a robust method for energy conversion systems optimization, even that it demands a great computational effort.

O presente trabalho objetiva a obtenção de configurações ótimas para geração conjunta de energia eletromecânica e calor em usinas sucroalcooleiras, avaliando o impacto destas nos custos de produção de açúcar, álcool e eletricidade. Desta maneira, uma proposta para a avaliação do uso racional da energia em usinas é desenvolvida, utilizando as análises exergética e termoeconômica como ferramentas de avaliação das alternativas propostas sob o ponto de vista da termodinâmica, da análise econômico-financeira e da perspectiva ambiental. Após a apresentação dos principais processos de conversão de energia de uma usina sucroalcooleira, uma análise exergética é desenvolvida a fim de identificar os principais mecanismos de geração de entropia e propor alternativas para melhorar o desempenho termoeconômico- ambiental da usina. O sistema de cogeração é identificado como o principal destruidor de exergia e diversas configurações são propostas para esse sistema, incluindo outras modificações relacionadas aos processos de produção de açúcar e álcool. As propostas incluem a elevação dos parâmetros de geração de vapor nas caldeiras, maior integração térmica dos processos, eletrificação dos acionamentos mecânicos e uso de sistemas avançados de cogeração, considerando sistemas com vapor supercrítico e ciclos combinados com gaseificação de biomassa. Para avaliar o impacto dessas alterações no desempenho termodinâmico da usina, propõe-se o uso do custo em base exergética dos produtos da usina. Mostra-se que o aumento da geração de eletricidade excedente está diretamente relacionado ao melhor desempenho dos processos de produção de açúcar e álcool. Os sistemas avançados de cogeração são capazes de gerar muito mais eletricidade excedente quando comparados aos sistemas convencionais. Essa situação implica um aumento da rentabilidade da eletricidade frente aos demais produtos, mostrando a importância desse produto para o lucro da usina. As análises de viabilidade econômico-financeiras indicaram que para os sistemas convencionais o par 67 bar e 480°C apresenta o melhor benefício financeiro atualmente; ainda a eletrificação das moendas só se justifica em casos de ampliação da capacidade de moagem ou substituição das turbinas por esgotamento da vida útil. O sistema supercrítico é mais atrativo economicamente frente aos ciclos combinados com gaseificação atmosférica. Finalmente, é proposta uma discussão sobre a renovabilidade dos processos baseada em um índice exergético de renovabilidade, trazendo uma nova visão sobre a renovabilidade das usinas como produtoras de fontes de energia renovável. / This thesis aims at obtaining optimal configurations of cogeneration systems for sugarcane mills, analyzing its impacts on the production of sugar, ethanol and electricity. In this sense, it is proposed the assessment of the rational use of energy inside the mill, using exergy and thermoeconomic analysis as evaluation tools of each alternative based on different criteria: thermodynamics, economics and finance, and environmental impacts. After a brief discussion regarding the different energy conversion processes used in sugarcane mill, an exergy analysis is developed in order to identify the main sources of irreversibilities, and also to propose alternatives to improve the thermo-economic-environmental performance of the mill. The cogeneration system is shown to be the process which generates more entropy among all; hence different configurations are developed, including changes in the sugar and ethanol production processes. These modifications include: higher steam temperature and pressure in the boiler, better thermal integration among the processes, electrification of the milling system, and the use of more advanced cogeneration systems, considering supercritical steam systems and biomass integrated gasification combined cycles. For the evaluation the impact of these configurations on the thermodynamic performance of the mill, it is used the exergybased cost. It is shown that the higher the generation of excess electricity is, the better is the thermodynamic performance of the mill. Advanced cogeneration systems are able to generate much more electricity than conventional ones. This means a better profitability of those, increasing the importance of electricity for the profit of the mill. Economical feasibility analyses show that the best option for power generation in conventional cogeneration systems is with steam temperature of 480°C and pressure of 67 bar, while electrification of mills are only interesting if there is a need of replacement the turbines due to increasing capacities or end of lifetime. Supercritical steam system is more economic attractive than combined cycles based on atmospheric gasification. Finally, a discussion on the renewability of processes is made based on an exergy index of renewability.

To achieve agreed targets for reducing global carbon emissions, industry must become more resource-efficient. To this end, two viable strategies exist: energy efficiency and material efficiency. Despite their inherent interdependence, industry continues to treat these two strategies as isolated pursuits, providing in the process only a partial insight into the potential of resource efficiency. To resolve this disconnect, this thesis attempts to develop and apply tools that help integrate industrial energy and material efficiency analyses. Three areas of research are explored. The first is concerned with a fundamental component of industrial performance: efficiency benchmarks. No agreed-upon metric exists to measure the efficiency with which the sector trans- forms both energy and materials - that is, how resource-efficient they are. This thesis applies exergy - a well-established method to consolidate energy and materials into a single metric - to a case study of the global steel industry in 2010. Results show that this exergy-based metric provides a suitable proxy to capture the interactions between energy and materials. By comparing energy and material efficiency options on an equal footing, this metric encourages the recovery of material by-products - an intervention excluded from traditional energy efficiency metrics. To realise resource efficiency opportunities, individual industry firms must be able to identify them at actionable time-frames and scopes. Doing this hinges on understanding resources flows through entire systems, the most detailed knowledge of which resides in control data. No academic study was found to exploit control data to construct an integrated picture of resources that is representative of real operations. In the second research area, control data is extracted to track the resource flows and efficiency of a basic oxygen steel-making plant from TataSteel. This second case study highlights the plant's material efficiency options during operations. It does so by building close-to-real-time Sankey diagrams of resource flows (measured in units of exergy) for the entire plant and its constituent processes. Without the support of effective policies the new exergy approach is unlikely to be widely adopted in industry. By collating evidence from interviews and policy documents, the third area explores why the European Union's industrial energy and emissions policies do not incentivise material efficiency. Results suggest several contributing factors, including: the inadequacy of monitored indicators; an imposed policy lock-in; and the lack of a designated industry lobby and high-level political buy-in. Policy interventions are then proposed to help integrate material efficiency into energy and climate agendas. The European Union's limited agency stresses the need for Member States and industry to drive the move to a low-carbon industry in the short-term.

O presente trabalho objetiva a obtenção de configurações ótimas para geração conjunta de energia eletromecânica e calor em usinas sucroalcooleiras, avaliando o impacto destas nos custos de produção de açúcar, álcool e eletricidade. Desta maneira, uma proposta para a avaliação do uso racional da energia em usinas é desenvolvida, utilizando as análises exergética e termoeconômica como ferramentas de avaliação das alternativas propostas sob o ponto de vista da termodinâmica, da análise econômico-financeira e da perspectiva ambiental. Após a apresentação dos principais processos de conversão de energia de uma usina sucroalcooleira, uma análise exergética é desenvolvida a fim de identificar os principais mecanismos de geração de entropia e propor alternativas para melhorar o desempenho termoeconômico- ambiental da usina. O sistema de cogeração é identificado como o principal destruidor de exergia e diversas configurações são propostas para esse sistema, incluindo outras modificações relacionadas aos processos de produção de açúcar e álcool. As propostas incluem a elevação dos parâmetros de geração de vapor nas caldeiras, maior integração térmica dos processos, eletrificação dos acionamentos mecânicos e uso de sistemas avançados de cogeração, considerando sistemas com vapor supercrítico e ciclos combinados com gaseificação de biomassa. Para avaliar o impacto dessas alterações no desempenho termodinâmico da usina, propõe-se o uso do custo em base exergética dos produtos da usina. Mostra-se que o aumento da geração de eletricidade excedente está diretamente relacionado ao melhor desempenho dos processos de produção de açúcar e álcool. Os sistemas avançados de cogeração são capazes de gerar muito mais eletricidade excedente quando comparados aos sistemas convencionais. Essa situação implica um aumento da rentabilidade da eletricidade frente aos demais produtos, mostrando a importância desse produto para o lucro da usina. As análises de viabilidade econômico-financeiras indicaram que para os sistemas convencionais o par 67 bar e 480°C apresenta o melhor benefício financeiro atualmente; ainda a eletrificação das moendas só se justifica em casos de ampliação da capacidade de moagem ou substituição das turbinas por esgotamento da vida útil. O sistema supercrítico é mais atrativo economicamente frente aos ciclos combinados com gaseificação atmosférica. Finalmente, é proposta uma discussão sobre a renovabilidade dos processos baseada em um índice exergético de renovabilidade, trazendo uma nova visão sobre a renovabilidade das usinas como produtoras de fontes de energia renovável. / This thesis aims at obtaining optimal configurations of cogeneration systems for sugarcane mills, analyzing its impacts on the production of sugar, ethanol and electricity. In this sense, it is proposed the assessment of the rational use of energy inside the mill, using exergy and thermoeconomic analysis as evaluation tools of each alternative based on different criteria: thermodynamics, economics and finance, and environmental impacts. After a brief discussion regarding the different energy conversion processes used in sugarcane mill, an exergy analysis is developed in order to identify the main sources of irreversibilities, and also to propose alternatives to improve the thermo-economic-environmental performance of the mill. The cogeneration system is shown to be the process which generates more entropy among all; hence different configurations are developed, including changes in the sugar and ethanol production processes. These modifications include: higher steam temperature and pressure in the boiler, better thermal integration among the processes, electrification of the milling system, and the use of more advanced cogeneration systems, considering supercritical steam systems and biomass integrated gasification combined cycles. For the evaluation the impact of these configurations on the thermodynamic performance of the mill, it is used the exergybased cost. It is shown that the higher the generation of excess electricity is, the better is the thermodynamic performance of the mill. Advanced cogeneration systems are able to generate much more electricity than conventional ones. This means a better profitability of those, increasing the importance of electricity for the profit of the mill. Economical feasibility analyses show that the best option for power generation in conventional cogeneration systems is with steam temperature of 480°C and pressure of 67 bar, while electrification of mills are only interesting if there is a need of replacement the turbines due to increasing capacities or end of lifetime. Supercritical steam system is more economic attractive than combined cycles based on atmospheric gasification. Finally, a discussion on the renewability of processes is made based on an exergy index of renewability.

<p>Nowadays, office buildings often have large temperature variations during the day and building envelope acts as an energy storing mass and damp these effects and so Offices need more cooling because of internal heat sources. But we know that cooling is more expensive than heating and it uses the very good quality of energy sources (exergy). Controlled Active Mass (CAM) is new approach to absorb radiant heating and acts as a passive cooling device. It has direct cooling effect and reduces the peak load. CAM is a new cooling system design with applying the low energy sources and operates at water temperature close to room temperature and increase the efficiency of heat pumps and other systems.</p><p>In this project, we calculated the transient heat transfer analysis for CAM in a very well insulated test room with façade wall, Internal heat generators (such as Manikin, Computer simulator & lighting) and ventilation.</p><p>Then Polished (shiny) CAM constructed from Aluminum sheets with 0.003 m thickness. It is cube shape with 0.6 m length. This size of CAM is according to 2.5 times larger than human body volume and initial water temperature assumed near half of human body temperature. Then in order to more radiation damping (absorption) by CAM, it painted black (also based on color analysis in heat transfer calculation).</p><p>Some velocity and temperature measurement have been carried out on both polished CAM and black CAM, after visualization by smoke and Infrared Camera. And more cases tested to see the effect of façade wall, IHG’s and ventilation inlet temperature. Thermal comfort measurement also have been done for finding PMV, PPD and temperature equivalent for a seated person which is doing an office job with normal closing.</p><p>At the end results discussed which includes the effect of CAM in room, differences between polished CAM and black CAM and effect of main heat sources on both CAM types (Polished / Black).</p>

Interest in utilizing solar-driven refrigeration systems for air-conditioning or refrigeration purposes has grown continuously. Solar cooling is com-prised of many attractive features and is one path towards a more sus-tainable energy system. Compared to solar heating, the cooling load, par-ticularly for air-conditioning applications, is generally in phase with solar radiation. The objective of this thesis is to establish a fundamental basis for further research and development within the field of solar cooling. In this thesis, an overview of possible systems for solar powered refrigeration and air-conditioning systems will be presented. The concept of the ‘Solar Cool-ing Path’ is introduced, including a discussion of the energy source to the collector, and choice of cooling cycle to match cooling load. Brief infor-mation and comparisons of different refrigeration cycles are also pre-sented. The performance of solar cooling systems is strongly dependent on local conditions. The performance of a solar divan air-conditioning system in different locations will therefore be compared in this thesis. Solar cooling systems can be efficiently operated in locations where sufficient solar ra-diation and good heat sink are available. A solar-driven ejector refrigeration system has been selected as a case study for a further detailed investigation. A low temperature heat source can be used to drive the ejector refrigeration cycle, making the system suitable for integration with the solar thermal collector. Analysis of the solar driven ejector system is initiated by steady state analysis. System performance depends on the choice of working fluid (refrigerant), oper-ating conditions and ejector geometry. Results show that various kinds of refrigerants can be used. Also, thermodynamic characteristics of the re-frigerant strongly influence the performance of the cycle. An ejector re-frigeration cycle using natural working fluids generates good perform-ance and lower environmental impact, since traditional working fluids, CFC’s and HFC’s are strong climate gases. Further on, exergy analysis is used as a tool in identifying optimum operating conditions and investi-gating losses in the system. Exergy analysis illustrates that the distribu-tion of the irrervsibilities in the cycle between components depends strongly on the working temperatures. The most significant losses in the system are in the solar collector and ejector. Losses in the ejector pre-dominate over total losses within the system. In practice, the cooling load characteristic and solar radiation are not constant. Therefore, a dynamic analysis is useful for determining the characteristics of the system during the entire year, and dimensioning the important components of the solar collector subsystem, such as storage tanks. The final section of the thesis will deal with the ejector, the key compo-nent of the ejector refrigeration cycle. Characteristics of the actual ejector are shown to be quite complicated and its performance difficult to de-termine solely through theoretical analysis. Suggested design procedures and empirical equations for an ejector are offered in this thesis. Prelimi-nary test results for one fixed ejector dimension using R134a as the re-frigerant are also included. / QC 20100916