[pt] O presente trabalho divide-se em dois estudos: uma análise global de sistemas de cogeração e uma modelagem de um ciclo de refrigeração por absorção. O primeiro estudo apresenta as equações dos balanços energéticos de um sistema de cogeração operando com dois motores térmicos distintos (turbina a gás e motor de combustão interna, ambos utilizando diesel como combustível). Para a produção de frio emprega-se um chiller de absorção, acionado a partir de calor de rejeito dos motores, e outro de compressão de vapor auxiliar. As equações de balanço de energia e de exergia, aplicadas a cada componente, formam um sistema não linear de equações que, resolvido, fornece o desempenho do sistema para diferentes condições de operação. O segundo estudo é parte de um projeto mais abrangente, destinado a desenvolver a tecnologia de um sistema de refrigeração por absorção. É apresentado o modelo matemático que caracteriza uma instalação de pequeno porte operando com uma mistura água-amônia. Foram aplicadas as equações de conservação de massa e energia para cada componente do ciclo, determinadas as propriedades termodinâmicas em cada ponto do ciclo e aplicadas hipóteses simplificadoras de modo a descrever matematicamente os processos físicos envolvidos. O modelo resultante foi aplicado a um sistema existente. A comparação entre os resultados previstos pelo modelo e os obtidos experimentalmente foi satisfatória. Uma vez implementados os modelos de ambos os estudos, realizaram-se simulações para casos particulares de operação, possibilitando a verificação da influência das principais variáveis sobre o desempenho dos sistemas analisados. Na solução dos modelos matemáticos foi utilizado o software EES. / [en] The present work embodies two studies: a global analysis of cogeneration systems and an absorption refrigeration cycle model. The first study presents the main equations for energy and exergy balances of a cogeneration system operating with two distinct prime movers (a gas turbine and an internal combustion engine, both powered by diesel oil). For cooling production, an absorption chiller, driven by the prime movers` waste heat, and an auxiliary vapor compression chiller are employed. The energy and exergy balance equations were applied to each component of the system, composing a non-linear system of algebraic equations whose solution provides the performance of the system under different operating conditions. The second study is part of a broader project aiming at the development of an absorption refrigeration system. A mathematical model is presented, describing a small-size absorption refrigeration installation employing a water-ammonia mixture as working fluid. Mass and energy conservation equations were applied to each component of the cycle. Thermodynamic properties of the working fluids were calculated at each point of the cycle. Also, simplifying assumptions were applied. The resulting model was applied to simulate the behavior of an existing system. Comparison of predicted results with experimental data was satisfactory. A parametric analysis was also carried out with the simulation model. The models of both studies were implemented in ESSA software. Simulations were carried out so as to analyze the systems under particular operational conditions and to assess the influence of the main variables on system performance.

[pt] Uma célula PEM (membrana de troca de prótons) de 5 kW com reformador foi instalada na PUC-Rio tendo como objetivo a determinação experimental de seu desempenho e de seu potencial de cogeração para aumentar o uso da energia química do combustível. A unidade utiliza um processador de combustível para converter energia do gás natural em um reformado rico em hidrogênio. A célula é totalmente instrumentada fornecendo dados para o cálculo da eficiência global do sistema (eficiência total), eficiência do reformador, eficiência da pilha, eficiência de conversão (DC/AC) e o potencial de cogeração. Este estudo detalha as equações teóricas necessárias para calcular os parâmetros, os conceitos termodinâmicos e eletroquímicos, e experimentalmente, os balanços de massa e energia, comparando os resultados. Foram obtidos dados no regime permanente resultando em eficiências do reformador, da pilha, de conversão e global, junto com os desvios padrões calculados. Também foi comprovado que a energia perdida no reformador e na pilha é praticamente a mesma. Foi mostrado que as degradações de desempenho do reformador e da pilha reduzem a vida útil da célula do conjunto, que também tem uma eficiência abaixo do que foi indicado pelo fabricante. O potencial de aproveitamento da energia química do combustível foi estimado através do cálculo do calor rejeitado pela pilha e através do calor rejeitado pelo reformador dando um valor de 71,3 %. / [en] A 5 kW proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with a reformer has been installed and tested at the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio), Brazil, aiming the experimental determination of its performance and co-generation potential to increase the fuel chemical energy usage. The unit uses a fuel processor to convert energy from natural gas into hydrogen rich reformate. The fuel cell is totally instrumented, supplying data for calculating the overall system efficiency (total efficiency), reformer efficiency, stack efficiency, conversion efficiency (DC/AC), and co- generation potential, at previously set up output powers of 2,5 kW. This study details the equations required for calculating the parameters, both theoretically, from thermodynamics and electrochemics points of view, and experimentally, from mass and energy balances, comparing the results. Steady state data were taken, resulting in reformer, stack, conversion and total average efficiencies, together with the calculated standard deviation. It was also found that the energy loss in the reformer and in the stack are approximately the same. It was also showed that the reformer and stack degradation reduce the system life, which also has an efficiency lower what is stated by the manufacturer. The fuel chemical energy usage potential was estimated by calculating the heat rejected by the stack and the heat rejected in the reformer, giving a value of 71,3%.

[pt] O presente trabalho realiza uma comparação entre o ciclo Rankine tradicional e uma nova proposta de ciclo Rankine para uma planta de cogeração na indústria siderúrgica. O ciclo inovador é caracterizado por um sistema de regeneração por injeção direta de vapor seguida de bombeamento bifásico substituindo o uso de pré-aquecedores como no ciclo tradicional. Para a simulação dos ciclos de potência é empregado o Software Gate Cycle. São simuladas e estudadas diversas alternativas de configuração para a aplicação da nova tecnologia. A melhor alternativa de configuração do ciclo inovador é então comparada com o ciclo tradicional por meio da aplicação das análises de Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica. Observou-se, entretanto, pouca diferença no desempenho do ciclo tradicional e do ciclo modificado. / [en] In the present work, a comparison between a traditional Rankine cycle and a proposed innovative Rankine cycle, for a cogeneration plant in the steel industry, is carried out. The innovative cycle is characterized by a regeneration system with direct steam injection followed by two-phase pumping, instead of the water pre-heaters used in the traditional cycle. Different configuration alternatives for the technology application were simulated and studied. The best alternative was then selected and compared with the traditional cycle using First and Second Laws of Thermodynamics analyses. Little difference was observed, however, between the traditional and the modified cycle performances.

[pt] Nesta dissertação foi feita uma simulação do desempenho de um sistema de cogeração, a partir de dados experimentais obtidos com uma microturbina a gás natural com 30 kW de potência nominal, operada no horário de ponta, e acoplada com uma unidade recuperadora de calor e um reservatório térmico para fornecimento de água quente de consumo nos chuveiros do Ginásio da PUC-Rio. Inicialmente, o desempenho do sistema de cogeração foi medido para várias condições de operação, mostrando que a eficiência de geração de energia elétrica é inferior à que o fabricante declara (16,6%). O aproveitamento da energia térmica dos gases de exaustão é de 29,1% para plena carga e 46,3% para 25% de carga. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia para calcular a efetividade da unidade recuperadora de calor. A simulação realizada teve como objetivos o melhor conhecimento do comportamento do sistema de cogeração para diferentes vazões de água de consumo e da sua temperatura de armazenamento determinando-se o maior valor da vazão para que uma temperatura de 40ºC nos chuveiros fosse mantida. A equação da energia em relação ao tempo foi resolvida numericamente, modelando-se o desempenho de cada componente, para estimar a temperatura da água do reservatório de armazenamento em função do tempo, para diferentes cargas elétrica e térmica. Os resultados indicaram as condições para o melhor aproveitamento de energia térmica e sua viabilidade econômica, inclusive quanto à relação entre o horário de geração e o consumo da energia térmica armazenada. / [en] In this dissertation the performance of a cogeneration system was simulated using data obtained in tests of a natural gas fired 30 kW microturbine, operated during peak hours, and coupled to a heat recovery unit to generate hot water to be consumed in the showers of the PUC-Rio Gymnasium, together with a thermal reservoir to match the demand. Initially, the performance of the cogeneration system was measured at different operating conditions, showing that the electric energy generation efficiency is smaller than what is declared by the manufacturer (16,6%). The heat recovery from the exhaust gases was measured as 29,1% for full load operation and 46,3% for 25% load operation. In this dissertation a methodology was developed for calculating the effectiveness of the heat recovery unit. The performance simulation was aimed to better understand the behaviour of the cogeneration system for different water consumption rates and its storage temperature, determining the maximum allowed value so that the shower water temperature be at least 40ºC. The timewise energy equation was numerically solved, using the modelled performance of each component, to estimate the storage reservoir water temperature as a function of time, for different electric and thermal energy loads. The results indicated the conditions for better thermal energy usage and its economic feasibility, including the relationship between generation hours and the stored thermal energy consumption.

[pt] Diante da crise energética e de mercado a Cogeração se apresenta oportuna tanto para a produção de energias elétrica e térmica quanto para a redução dos custos operacionais de produção de uma empresa. Um sistema de cogeração integrado e adaptado ao processo de uma Planta Criogênica de Separação de Ar, que tem a energia elétrica como insumo básico, pois o ar não tem custo, pode se mostrar viável, com considerável redução nos custos operacionais da planta. Um estudo termoeconômico, englobando uma análise da Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica, e uma análise Econômica, foi necessário não apenas para demonstrar esta viabilidade, mas também para propor as modificações no processo Criogênico de Separação de Ar, assim como, para definir o melhor sistema de Cogeração a ser integrado à planta típica T-240 NA MPL3. Os resultados da Análise Termodinâmica das modificações foram bem satisfatórios. As eficiências de Segunda Lei - Exergéticas - dos equipamentos envolvidos nas modificações da planta melhoraram, e o seu consumo de energia elétrica foi reduzido em 12 porcento. Foram propostos para integrar a planta 4 (Quatro) Sistemas de Cogeração a partir dos Ciclos Clássicos: Rankine, Brayton, Combinado e Otto. Estes Sistemas foram analisados inicialmente pelas Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica e finalmente foram analisados economicamente. Termoeconomicamente, o Sistema de Cogeração a partir do Ciclo Combinado foi o que melhor se apresentou para integrar o processo Criogênico de Separação de Ar da planta. Neste Sistema houve um maior equilíbrio entre as demandas térmica e elétrica, acarretando a eficiência de Segunda Lei - Exergética - mais alta. Este Sistema teve, também, a maior Receita Operacional e embora o seu Investimento Adicional tenha sido um pouco maior, este acréscimo compensou, pois apresentou os menores Tempo e Taxa Interna de Retorno. Apesar do Sistema de Cogeração a partir do Ciclo Combinado se apresentar viável, os resultados devem ser considerados, apenas, como preliminares, pois são provenientes da primeira interação Termoeconômica. Outras interações devem ser realizadas visando a melhoria deste Sistema, para viabilizar cada vez mais a Cogeração em Plantas Criogênicas de Separação de Ar. / [en] The energy shortage and the cogeneration market present a unique opportunity for energy cost reduction of an industry by simultaneously making use of electric and thermal energy generated with the same fuel. This thesis analyzes an integrated cogeneration system adapted to an air separation criogenic plant which has electric energy as a basic input, besides the available and costless air from the atmosphere. It has been shown to be feasible with the big savings inthe operational cost of the plant. A thermal and economic study, carried on by using the first and second Law of thermodynamics demonstrated the economic feasibility of the cogeneration system, and proposed modifications to be done in the studied criogenic plant, a typical T240- NA MPL3 plant. The thermodynamic analysis showed that the second law efficiency of the processes could be improved, together with a 12 percent electric energy consumption reduction. Four cogeneration schemes were analyzed with both the first and second laws of thermodynamics and, then, the economic analysis was performed. Rankine, Brayton, OTTO and combined gas-steam basic cycles were used in this analysis. The combined gas-steam cycle was shown to be more economically feasible than others. Thermal and electric loads were well balanced, resulting in a higher second law efficiency. Although the initial investiment for the modification was higher, the savings resulted to be higher, turning into a high rate of return of the investment. This analysis was judged to be preliminary. More precise results require a deepers analysis with more detailed information.

[pt] As opções de geração de energia no Brasil de forma sustentável estão fortemente relacionadas às fontes de energia alternativa, em especial a biomassa. Neste estudo é analisada a viabilidade econômico-financeira de um projeto de recolhimento da palha da cana de açúcar em uma usina no Brasil que tem a flexibilidade de expandir a venda de energia, ao investir na utilização da palha como insumo na cogeração. O preço da energia elétrica é modelado como um processo geométrico de reversão à média e é aplicada a teoria de opções reais para determinar o valor das flexibilidades gerenciais. Uma vez que a decisão de recolhimento da palha é tomada, a empresa tem a opção de investir na produção de briquetes, e a partir daí, realizar o switch entre o fluxo de caixa da energia e o fluxo de caixa de briquetes. O modelo é então resolvido utilizando uma árvore binomial recombinante não censurada de reversão à média. Os resultados indicam que a flexibilidade de escolher entre a venda de energia e a venda de briquetes agrega 9,7 milhões de reais, ou 38 por cento ao valor do projeto determinístico de 25,6 milhões de reais, o que é significativo, considerando que a cogeração não é a atividade principal da usina de cana. Assim, o recolhimento da palha da cana pode ainda incentivar projetos de retrofit em usinas que de outra forma poderiam não se mostrar viáveis. / [en] Options for sustainable power generation at competitive prices in Brazil are strongly related to alternative energy sources, in particular, sugar cane biomass. In this study we analyze a cane trash recovery project for a sugarcane mill in Brazil that has the option to expand sales of surplus bioelectricity by introducing the sugarcane trash as feedstock for cogeneration. We model electricity prices as a geometric mean reverting process, and apply the real options approach to determine the value of this managerial flexibility. Once the decision to recover the cane trash has been made, the firm has the option to invest in briquetting production, that will allow it to switch between energy and briquette sales depending on the relative prices of energy and briquettes. The model is then solved using a non censored binomial mean reverting lattice. The results indicate that the flexibility to choose between energy and briquette production adds 9.7 million of reais in value, or 38 per cent to the project value of 25.6 million of reais, which is significant, considering cogeneration is not the core business of the sugarcane mill. This indicates that recovery of cane trash, which is currently wasted in the field, may represent a significant source of value for further development of bioelectricity cogeneration or briquetting production, when retrofitting older sugarcane mills.

[pt] O uso seqüencial de energia elétrica e energia térmica a partir da energia química do mesmo combustível tem sido estudado para melhorar o custo benefício de uma geração distribuída. O objetivo deste estudo é determinar o mercado potencial desta tecnologia na região de influência da concessionária local de energia elétrica. Para alcançar este objetivo, foi necessário avaliar o desempenho de um sistema de cogeração com uma microturbina fornecendo potência elétrica e energia térmica através dos gases de exaustão que aquecem água para o ginásio esportivo da PUC-Rio. O sistema está configurado por uma microturbina, uma caldeira de recuperação, um reservatório térmico (boiler) e uma caixa para alimentação de água fria. Resultados obtidos de testes de curta duração, através de uma metodologia desenvolvida, para a avaliação do desempenho do sistema de cogeração na produção de energia elétrica e térmica, são apresentados. Os testes foram realizados para potências elétricas de 100, 75, 50 e 25 % da carga máxima da microturbina. Em adição, testes para avaliação do desempenho ao longo do tempo em função das variações da carga e das condições ambientais foram estudados. Além disso, através de uma metodologia desenvolvida, mostram-se os resultados nos cálculos de incerteza dos parâmetros analisados. Dados de consumo de energia elétrica em janeiro de 2003, de cerca de 8000 consumidores na área de concessão da LIGHT SESA, em diferentes classes tarifárias, atualizadas para 2007, foram utilizados com a metodologia desenvolvida para estimar o mercado potencial de energia elétrica na região de influência da concessionária local de energia elétrica em 384,5 MW e 20415 MWh/mês, considerando uma taxa interna de retorno mínimo de 15% a.a. Foi mostrado que o elevado custo da microturbina é uma barreira para sua introdução no mercado. Entretanto, a cogeração pode colaborar substancialmente para melhorar o custo benefício. Estas conclusões foram obtidas a partir do tempo de retorno do investimento no sistema pelos consumidores analisados. / [en] The sequential use of electric energy and thermal energy from the chemical energy of the same fuel has been studied to improve the cost benefit of a distributed generation. The objective of this study is to evaluate the potential market of this technology in the region of influence of the local utility of electric energy.utility company (LIGHT). In order to attain this objective, it was necessary to evaluate the performance of a micro turbine based cogeneration system used for supplying electrical and thermal energy to PUC-RIO´S Gymnasium. The system consists of a microturbine, a heat recovery boiler, and a cold water feeding reservoir. The short duration test results are presented for the evaluation of the cogeneration system performance for the production of electric and thermal energy. The tests were carried on for 100, 75, 50 and 25% micro turbine electric energy generation loads. Time performance of the micro turbine was also studied. Moreover, a methodology was shown to calculate the uncertainty of measurements of several performance parameters. The micoturbine marked potential was estimated by analyzing the consumption of about 8000 clients in January 2003, updating the tariffs to 2007, resulting in 384,5 MW and 20415 MWh/month, considering a minimum internal rate of return of investiment of 15% per year, during a 15 year period. It was concluded that the microturbine cost is still a barrier to its market penetration. Cogeneration can be used to improve the cost benefit of the system.

[pt] A cogeração é um conceito presente nas formas de conversão energética do futuro, uma vez que propõe a otimização no aproveitamento das fontes ou recursos energéticos utilizados. A especificação do sistema passa, primeiramente, por uma análise técnica-econômica, onde todos os insumos têm seu custo marginal ponderado, e as despesas energéticas finais são quantificadas para minimizar o custo da energia produzida. Na transformação dos sistemas convencionais para operação em cogeração, existe a necessidade de estimar o consumo de energia elétrica e térmica consumida por estes, para que o sistema de cogeração possa ser dimensionado e assim deslocar a energia elétrica consumida pelos sistemas convencionais. Neste trabalho, uma metodologia foi desenvolvida para a estimativa dos perfis elétrico e térmico mês a mês ao longo do ano, a partir dos poucos dados normalmente disponíveis. No perfil elétrico, dados de consumo de energia elétrica medidos na PUC-Rio, para cada 15 minutos no período um de um ano, foram utilizados para validar esta metodologia. No perfil térmico, uma metodologia foi desenvolvida; discutir-se-á como o consumo de energia térmica pode ser estimado a partir dos valores da temperatura ambiente, cargas térmicas internas e radiação solar incidente no local. Devido à pouca disponibilidade de dados e bibliografia para a validação desta metodologia, apresenta-se, simplesmente, uma comparação no cálculo da radiação solar média da metodologia proposta com uma outra diferente e um exemplo de cálculo de cargas térmicas, para um restaurante localizado em Albuquerque - Estados Unidos. / [en] The cogeneration will be an always present concept in the forms of energy conversion in the future, since it proposes to optimize the use of the energy resources. The system specification goes primarily through a technical economic analysis, where all the investments and operational costs are quantified for minimizing the cost of the produced energy. In the transformation of conventional systems for operation in cogeneration mode, there exists the necessity to estimate of electric and thermal consumption by these, so that the cogeneration system can be planned and thus displace the electric energy that would be used by the conventional systems. This works develops a methodology for estimating the electric and thermal load profiles, month by month along the year, from the few normally available data. For the electric profile, annual consumption data of electric energy measured at PUC-Rio, every 15 minutes in period of one year, has been used to validate this methodology. For the thermal profile, a methodology was developed; it discusses how the consumption of thermal energy can be estimated from values of ambient temperature, internal thermal loads and solar radiation incident on to place. Due to little data availability a comparison of the average solar radiation calculated by the proposed methodology and the one which is usually available in the literature, is done for a typical restaurant located in Albuquerque - United States.

[pt] O presente trabalho tem por objetivo analisar e comparar sistemas de trigeração (produção simultânea de eletricidade, aquecimento e refrigeração) de diferentes arquiteturas com base nas eficiências energética e exergética e nas emissões de CO2. Sistemas de trigeração são considerados mais eficientes na conversão de energia, se comparados a sistemas convencionais, devido ao reaproveitamento do calor de rejeito do motor térmico para outros fins (aquecimento, acionamento de chiller, ou geração de eletricidade). Quatro configurações (com chiller de compressão de vapor, com chiller de absorção, com a combinação dos ciclos anteriores, e combinado com um ciclo Rankine orgânico) foram estudadas a partir de modelos matemáticos resultantes dos balanços de energia e de exergia, e do cálculo de emissão de CO2 considerando as demandas energéticas (eletricidade, aquecimento e refrigeração) como independentes do desempenho do sistema. Todas as arquiteturas de trigeração aqui analisadas apresentaram um ponto ótimo de operação, onde o calor de rejeito recuperado para aquecimento se iguala à respectiva demanda. Neste ponto, o fator de utilização de energia (indicador de desempenho pela primeira Lei) e a eficiência exergética são máximos, e a emissão de CO2, mínima. A solução das equações resultantes mostrou também que a melhor arquitetura, do ponto de vista energético, exergético ou ambiental, dependerá da combinação das demandas energéticas. / [en] The present work aims at analyzing and comparing trigeneration systems (for the simultaneous production of electricity, heating and refrigeration) of different architectures based on energetic and exergetic efficiencies and on CO2 emissions. Trigeneration systems are regarded as more efficient in energy conversion, if compared to conventional systems, due to the recovery of waste heat from the heat engine. The waste heat is used for different purposes, including heating, chiller driving or electricity generation. Four trigeneration configurations (with vapor compression chiller, absorption chiller, with a combination of the two previous cycles, or combined with an organic Rankine cycle) were studied. Mathematical models resulting from the energy and exergy balances and from the calculation of CO2 emissions were developed taking into account that the three energy demands (electricity, heating and refrigeration) are independent from the trigeneration system performance. Solution of the resulting equations indicated an optimal point of operation, for all trigeneration architectures under study, where the waste heat recovered for heating equals the heating demand. At this point, the energy utilization factor (first Law indicator) and the exergy efficiency reach their maximum value, and the CO2 emissions, its lowest. Another important finding is that the configuration with best performance, from the energetic, exergetic, or environmental point of view, will depend on how the energy demands relate to each other.

[pt] A produção simultânea de energia elétrica, calor e frio, a partir da queima de combustível primário (trigeração), pode se mostrar como estratégia promissora do ponto de vista energético e de projeto, principalmente em indústrias como a química e a de alimentos. No presente trabalho descreve-se o estudo experimental de um sistema de produção de água gelada (chiller) com compressor hermético acionado eletricamente. Um motor a combustão interna, do tipo Diesel, foi convertido para operar com gás natural veicular (Diesel- gás) e aciona um gerador de eletricidade que supre a energia elétrica necessária ao funcionamento do chiller e ao atendimento de demanda elétrica préestabelecida. O resultante sistema de trigeração é, portanto, composto por dois sub-sistemas: a bomba de calor (chiller) e o conjunto motorgerador. Calor de rejeito, do condensador do chiller e do sistema de arrefecimento e gases de exaustão do motor, é recuperado para a produção de água quente. O sistema é analisado à luz da 1ª e 2ª leis da Termodinâmica. As razões entre as demandas de frio, calor e eletricidade, as temperaturas de evaporação e de condensação da bomba de calor, e a razão de substituição de óleo Diesel por gás natural veicular são os principais parâmetros de controle dos resultados apresentados. Determinou-se, para o sistema em questão, uma taxa de substituição energética ótima do óleo Diesel por GNV de aproximadamente 25%, com uma economia de 11% a 15% (para geração de potência elétrica acima de 4,0 kW), fundamentada na diferença de preços entre os dois combustíveis e numa melhora do rendimento do motor para estas condições de operação. Obteve-se a contribuição percentual de cada um dos produtos energéticos (frio, calor e eletricidade), em função do consumo de combustível, para as diferentes potências testadas, em função da taxa de substituição energética do óleo Diesel por GNV. Determinou-se, experimentalmente, a vazão de água nos diferentes componentes, para a qual se obtém uma máxima eficiência do sistema, quando analisado do ponto de vista exergético. / [en] The simultaneous production of electric energy, heat and cooling capacity from the primary fuel burning on a heat engine (trigeneration) can emerge as a promising strategy, from the energy and project points of view, mostly, in food and chemistry industries. The present work describes the experimental study of a vapor compression system for chilled water production. A Diesel internal combustion engine was converted to operate with natural gas (Diesel-gas) and drives an electric generator that supplies the necessary electric energy for the chiller`s functioning and to attend the pre-established electric demand. The resultant system of trigeneration is, therefore, composed of two subsystems: the heat pump (chiller) and the engine-generator group. Heat rejected from the condenser of chiller and from the cooling system and exhaust gases of the engine, is recovered for hot water production. The system is analyzed under the light of first and second laws of the Thermodynamics. The ratio between the cooling, heating and electricity demands, the temperatures of evaporation and condensation of the heat pump, and the Diesel-natural gas substitution ratio are main parameters of control of the presented results. The percentile contribution of cold, heat and electricity (on energetic fuel consumption basis), for the different electric energy generation rates, was obtained as a function of the energy substitution rate of the Diesel oil for natural gas. An optimal energy substitution rate of Diesel oil for natural gas of approximately 25% was determined with an economy rated between 11% and 15% (for electric energy generation rates above 4,0 kW), based both on the difference between prices of the two fuels and on the engine`s performance improvement for these operational conditions. An optimum water flow rate, from the exergetic point of view, was found for each component.