Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo124_1.pdf: 2840973 bytes, checksum: 6824639178df3434cffa33b46a79eae2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nos últimos anos a indústria sucroalcooleira tem apresentado um crescimento significativo. Em parte, esse fenômeno se deve a grande valorização dos biocombustíveis, no caso em questão o etanol. Dentro desse panorama a otimização e integração energéticas se tornam cada vez mais importantes nessas indústrias. Os combustíveis de segunda geração, produzidos através do processo de hidrólise dos materiais lignocelulósicos, apresentam-se como uma grande alternativa para o uso energético da biomassa. Neste trabalho foi proposto um estudo de caso, a fim de construir uma planta virtual do processo de produção de etanol a partir da hidrólise do bagaço de cana. O processo de transformação de biomassa em combustível consiste das seguintes etapas: Pré-tratamento, deslignificação, hidrólise, fermentação e destilação. A partir das simulações, realizadas no software HYSYS®, foi possível determinar o consumo de insumos e de energia necessários na planta. Para avaliar o aumento da produção de etanol dentro de uma usina foi realizada a integração do processo de segunda geração (processo de hidrólise do bagaço) e o processo de primeira geração (a partir do processamento da cana-de-açúcar), através da adição da corrente de mosto à corrente do licor de hexoses gerado no processo de hidrólise. Dos resultados obtidos verificou-se que ao se utilizar 80% de bagaço (cogerado nas moendas) como matéria-prima no processo de hidrólise foi possível aumentar a produção de etanol de cerca de 26% (em volume). Também foi realizada a análise exergética na unidade de produção de etanol com a finalidade de localizar as irreversibilidades dos sistemas, identificando as exergias destruídas e assim avaliando as eficiências. A partir dos resultados dessa análise foram propostas alternativas para aperfeiçoar o desempenho dos sistemas e de melhor aproveitar os recursos utilizados

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2174_1.pdf: 3046282 bytes, checksum: 87c829a1f1948f4ccc0a750c4a342027 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / A análise exergética vem sendo cada vez mais adotada pelos especialistas em sistemas térmicos de geração, como ferramenta de gerenciamento energético. Esta ferramenta pode promover algumas melhorias no processo, que podem resultar no aumento da eficiência exergética do ciclo, refletindo na redução do custo da geração e das emissões. Esta dissertação teve como objetivo apresentar o balanço exergético da usina termelétrica Termopernambuco, central térmica de 532 MW em ciclo combinado, operando com gás natural, com duas turbinas a gás de 160 MW e uma turbina a vapor de 212 MW. As irreversibilidades dos componentes que constituem o ciclo térmico foram avaliadas, identificando os trechos onde ocorriam as maiores destruições de exergia. O grande desafio desta dissertação esteve relacionado ao levantamento do perfil de comportamento da eficiência exergética do ciclo, em função das horas de fogo das turbinas a gás, de forma a servir como instrumento de acompanhamento da degradação da central, ao longo de sua vida útil. Outro ponto importante desenvolvido correspondeu ao estudo da influência dos parâmetros de processo no comportamento da eficiência exergética do ciclo. A conclusão foi que, para a operação em cargas fora da nominal, houve redução no valor da eficiência exergética

A análise exergética é aplicada ao ser humano para avaliar a qualidade dos processos de conversão de energia no corpo e seus sistemas, assim como nos processos bioquímicos do metabolismo. Sabe-se que a vida tem um início, um desenvolvimento e um fim, ou seja, um típico exemplo de processo irreversível. Como tanto a idade cronológica como a entropia gerada são grandezas positivas (caminham no mesmo sentido), esta última passa a ser denominada de flecha do tempo (arrow of time). Assim, a partir da aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica, torna-se possível desenvolver e aplicar índices baseados no conceito de exergia destruída/entropia gerada e rendimento exergético para diferentes áreas do conhecimento como medicina (comparação de técnicas de hipotermia), esportes (teste ergoespirométrico) e engenharia (conforto térmico). Para tal, propõe-se um modelo do corpo humano que leva em conta a transferência de exergia para o ambiente, a qual é causada pela radiação, convecção, vaporização e respiração. O metabolismo exergético é calculado com base na variação da exergia de três reações de oxidação: carboidratos, lipídeos e aminoácidos. Para condições ambientais transientes, calcula-se a variação temporal da exergia do corpo, e ainda, o máximo trabalho que o corpo pode executar a partir da hidrólise do ATP (adenosina trifosfato). O corpo humano aproveita aproximadamente 60% da exergia dos macronutrientes ingeridos na forma de ATP, 5% é dissipada na forma de calor e o restante destruída. Se o indivíduo estiver em repouso, toda a exergia da molécula de ATP é destruída ou dissipada na forma de calor. A exergia destruída tende a diminuir em função da idade tanto para condição basal como também para atividades físicas. Calculou-se que a exergia destruída durante uma vida equivale a 3091MJ/kg (ou entropia gerada de 10,2MJ/kgK). O rendimento exergético, no entanto, diminui em decorrência da idade para condição basal, porém aumenta durante atividades físicas. Pode-se ainda afirmar que o corpo destrói menos exergia e é mais eficiente quando submetido a condições de alta temperatura operativa e baixa umidade relativa. A análise exergética acarretou em interpretações complementares ao balanço de energia, pois, a partir de sua aplicação, foi possível distinguir corredores de acordo com o nível de atividade física, ou seja, corredores mais bem treinados podem realizar mais trabalho para o mesmo valor de exergia destruída. Finalmente, foi possível identificar diferentes técnicas de hipotermia tomando por base a comparação das eficiências exergéticas. / Exergy analysis is applied to the human being aiming to assess the quality of the energy conversion processes that take place in the body, its several of systems and in biochemical reactions involved in these processes. It is known that life has a beginning, a development and an end, therefore, it is a typical example if irreversible process. As the chronological age and entropic generation are positive quantities (increases in the same direction), this last one is named arrow of time. Hence, it becomes possible to obtain indices based on the concept of destroyed exergy and exergy efficiency for different areas of knowledge such as: medicine (different techniques of hypothermia), sports (ergoespirometric test) and mechanical engineer (thermal comfort). To this end, it is proposed a model of the human body which takes into account the exergy transfer rates to the environment associated with radiation, convection, vaporization and respiration. The metabolism exergy basis is calculated based on the exergy variation of the reactions of oxidation of three reference substances: carbohydrates, lipids and amino acids. For transient environmental conditions it is calculated the exergy variation of the body over time. Moreover, it is possible to calculate the maximum work that can be obtained from the hydrolysis of ATP (adenosine triphosphate). This procedure was applied to a thermodynamic model of human body for basal conditions and to experimental results of runners during different level of physical activities. The human body uses about 60% of the exergy of nutrients to obtain ATP, the rest is destroyed or dissipated as heat. Destroyed exergy rate tends to decrease as a function of lifespan (for basal conditions and during physical activities). The destroyed exergy during lifespan was calculated as 3091MJ/kg (or entropy production of 10.2MJ/kgK). The exergy efficiency decreases as a function of age in basal condition, but it increases during physical activities. The destroyed exergy rate is smaller and the exergy efficiency is greater for high operative temperatures and low relative humidities. The exergy analysis led to additional information regarding the First Law of Thermodynamics, because from its application it was possible to differentiate runners according to their training level, for the same destroyed exergy better trained subjects could perform more work. Finally it was possible to distinguish different techniques of hypothermia from the concept of exergy efficiency.

Processos de refinação de petróleo caracterizam-se pelo intenso consumo energético. Dentre as mais variadas operações presentes nesta indústria, a separação de correntes por torres de destilação apresenta posição de destaque, despendendo mais de 40% da energia gasta por uma refinaria. Plantas de separação de propeno, importante produto para a indústria petroquímica visando a produção de polipropileno, se enquadram neste sentido, requerendo torres de destilação de considerável uso energético. Apesar da grande rejeição de calor referente a este consumo, por apresentar baixo nível térmico associado, frequentemente não se observa o seu aproveitamento. Neste contexto, bombas de calor apresentam-se como excelente alternativa para recuperação energética de correntes de rejeito térmico, com vastos exemplos na literatura aplicados à indústria e, especificamente associados a torres de destilação. Neste trabalho avaliou-se, por meio de modelagem e simulação computacional, a aplicação de duas modalidades de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor (compressão de topo e compressão do fundo despressurizado), e uma em ciclo de absorção, integradas a uma planta de separação de propeno de uma refinaria localizada no Brasil, comparativamente a uma planta equivalente utilizando processo de destilação convencional com refervedor de fundo e condensador de topo. Para as premissas definidas no trabalho, verificou-se como o melhor resultado, a aplicação da bomba de calor por compressão de vapor de topo da coluna de destilação, o qual demonstra que 4,1 MW associado ao trabalho de eixo do compressor, torna possível uma economia energética de mais de 80% do consumo de vapor dágua e água de resfriamento, se comparados à planta convencional, sem a utilização de bomba de calor. Cálculos de rendimento exergético demonstram a melhor configuração ser 2,4 vezes mais eficiente que o modelo convencional. Limitações de troca térmica foram observadas no estudo de caso da bomba de calor de compressão de fundo despressurizado, demandando uma recirculação adicional de propano ao ciclo, com consequente redução de rendimento exergético a um patamar intermediário entre o caso convencional e o melhor resultado observado. Já para a bomba de calor de absorção, verificou-se, para o fluido de trabalho praticado e condição simulada, resultado aquém da situação convencional. Por fim, avalia-se que a aplicação de fonte térmica alternativa (vapor sub-atmosférico), de baixo conteúdo exergético, ainda que de difícil obtenção junto à refinaria, poderia viabilizar a inversão dos resultados observados, recomendando a sua verificação de uso para estudos futuros. / Oil refining process are recognized by its very intense energy consumption. In this industry, distillation columns are extensively used for product separation. Contributing with more than 40% of refinery energy consumption, distillation units typically require high level of heat rejection, frequently not capable of being directly used, due to its low temperature profile. In this scenario, the distillation of propylene, important product for petrochemical industry is set as one of the most energy intense refinery process. Process integration using heat pumps are considered an excellent choice to provide waste heat upgrade, with numerous examples applied to industry and specifically for distillation towers cited in the literature. In this work, two different vapor compression heat pump cycles (tower overhead compression and bottom flash compression) and an absorption heat pump cycle were applied to a propylene distillation facility located at a Brazilian refinery, in a comparison analysis with a conventional distillation process with typical bottom reboiler and overhead condenser. Considering the defined basis, the overhead vapor compression scheme has shown the better result, since its shaft compressor work of 4.1 MW, integrated to the tower allows reducing more than 80% of steam and cooling water consumption originally associated. An exergetic analysis was performed, confirming the proposal scheme to be 2.4 times more efficient than the process without heat pump integration. An intermediate result, between the conventional distillation and associated overhead vapor compression heat pump was observed in the bottom flash case, since, as consequence of a heat exchange bottlenecking, an additional propane compression loop had to be applied. With regards to the absorption heat pump scheme, considering the chosen fluid and the plant work conditions, no advantage was observed in comparison to the conventional case. In time, an alternative utility (vacuum steam), with low exergy content, was applied to the conventional system, replacing the low pressure steam originally used. Besides its difficult practical application, the alternative utility has proved to be able to reverse the previous work results, thus, further studies are recommended regarding its viability of use.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2229_1.pdf: 2839064 bytes, checksum: 913f68c537a67fe2a26cf414c00e42c2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na otimização de projetos, há dois aspectos que são muito importantes, o financeiro e o técnico. Bem como abordar ainda em fase de projeto, a análise do comportamento da planta fora das suas condições normais de operação. A estimativa de custos exatos e características técnicas reais dos equipamentos aumentam o tempo e o custo do projeto. São poucos os estudos que analisam o projeto pelos dois focos, financeiro e técnico. O objetivo principal desse trabalho é analisar a viabilidade da construção de plantas, mais flexíveis do ponto de vista técnico e financeiro, que se adaptem as mudanças de cargas e da economia, ou alterações na planta ao longo do tempo. Isso foi feito através da análise de índices técnicos (energético e exergético), utilizando-se índices tradicionais, tais como rendimento energético. E também através de parâmetros financeiros tais como VPL e TIR, que permitem fazer uma análise do tempo estimado para o retorno do investimento. Para o primeiro estudo foram variadas as cargas elétrica e térmica. Na segunda etapa desse estudo foram estudados três cenários financeiros diferentes, pra saber qual seria a opção mais interessante e qual dos produtos da usina tem maior influência sobre a parte econômica. No segundo estudo foram variadas a produção de cana de açúcar e o consumo de vapor da fábrica, com o objetivo de descobrir qual a influência desses parâmetros nos índices técnicos e financeiros. O objeto deste trabalho é uma usina de açúcar e álcool com potência média de 70MW, composta por uma caldeira, uma turbina de contrapressão, e uma turbina de condensação, que fornecem vapor de seu escape para o processo de fabricação de açúcar e álcool

Processos de refinação de petróleo caracterizam-se pelo intenso consumo energético. Dentre as mais variadas operações presentes nesta indústria, a separação de correntes por torres de destilação apresenta posição de destaque, despendendo mais de 40% da energia gasta por uma refinaria. Plantas de separação de propeno, importante produto para a indústria petroquímica visando a produção de polipropileno, se enquadram neste sentido, requerendo torres de destilação de considerável uso energético. Apesar da grande rejeição de calor referente a este consumo, por apresentar baixo nível térmico associado, frequentemente não se observa o seu aproveitamento. Neste contexto, bombas de calor apresentam-se como excelente alternativa para recuperação energética de correntes de rejeito térmico, com vastos exemplos na literatura aplicados à indústria e, especificamente associados a torres de destilação. Neste trabalho avaliou-se, por meio de modelagem e simulação computacional, a aplicação de duas modalidades de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor (compressão de topo e compressão do fundo despressurizado), e uma em ciclo de absorção, integradas a uma planta de separação de propeno de uma refinaria localizada no Brasil, comparativamente a uma planta equivalente utilizando processo de destilação convencional com refervedor de fundo e condensador de topo. Para as premissas definidas no trabalho, verificou-se como o melhor resultado, a aplicação da bomba de calor por compressão de vapor de topo da coluna de destilação, o qual demonstra que 4,1 MW associado ao trabalho de eixo do compressor, torna possível uma economia energética de mais de 80% do consumo de vapor dágua e água de resfriamento, se comparados à planta convencional, sem a utilização de bomba de calor. Cálculos de rendimento exergético demonstram a melhor configuração ser 2,4 vezes mais eficiente que o modelo convencional. Limitações de troca térmica foram observadas no estudo de caso da bomba de calor de compressão de fundo despressurizado, demandando uma recirculação adicional de propano ao ciclo, com consequente redução de rendimento exergético a um patamar intermediário entre o caso convencional e o melhor resultado observado. Já para a bomba de calor de absorção, verificou-se, para o fluido de trabalho praticado e condição simulada, resultado aquém da situação convencional. Por fim, avalia-se que a aplicação de fonte térmica alternativa (vapor sub-atmosférico), de baixo conteúdo exergético, ainda que de difícil obtenção junto à refinaria, poderia viabilizar a inversão dos resultados observados, recomendando a sua verificação de uso para estudos futuros. / Oil refining process are recognized by its very intense energy consumption. In this industry, distillation columns are extensively used for product separation. Contributing with more than 40% of refinery energy consumption, distillation units typically require high level of heat rejection, frequently not capable of being directly used, due to its low temperature profile. In this scenario, the distillation of propylene, important product for petrochemical industry is set as one of the most energy intense refinery process. Process integration using heat pumps are considered an excellent choice to provide waste heat upgrade, with numerous examples applied to industry and specifically for distillation towers cited in the literature. In this work, two different vapor compression heat pump cycles (tower overhead compression and bottom flash compression) and an absorption heat pump cycle were applied to a propylene distillation facility located at a Brazilian refinery, in a comparison analysis with a conventional distillation process with typical bottom reboiler and overhead condenser. Considering the defined basis, the overhead vapor compression scheme has shown the better result, since its shaft compressor work of 4.1 MW, integrated to the tower allows reducing more than 80% of steam and cooling water consumption originally associated. An exergetic analysis was performed, confirming the proposal scheme to be 2.4 times more efficient than the process without heat pump integration. An intermediate result, between the conventional distillation and associated overhead vapor compression heat pump was observed in the bottom flash case, since, as consequence of a heat exchange bottlenecking, an additional propane compression loop had to be applied. With regards to the absorption heat pump scheme, considering the chosen fluid and the plant work conditions, no advantage was observed in comparison to the conventional case. In time, an alternative utility (vacuum steam), with low exergy content, was applied to the conventional system, replacing the low pressure steam originally used. Besides its difficult practical application, the alternative utility has proved to be able to reverse the previous work results, thus, further studies are recommended regarding its viability of use.

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2000

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-05-30T10:03:23Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1335930 bytes, checksum: 708547e14e38f06f42272be750282eb2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-30T10:03:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1335930 bytes, checksum: 708547e14e38f06f42272be750282eb2 (MD5) Previous issue date: 2001-03-09 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O paradigma econômico que imperou até as crises do petróleo foi o do desenvolvimento com crescimento econômico. Aspectos ambientais tinham importância secundária, e sua avaliação não era integrada nas etapas desse desenvolvimento. Cada vez mais, observa-se maior mobilização da sociedade organizada para minimizar impactos ambientais. O planejamento integrado, que engloba ações desde os recursos naturais até o uso final dado à energia pela sociedade, a um baixo custo e com menor impacto ambiental, é uma forma de se racionalizar o uso desses recursos. A análise exergética, baseada no primeiro e segundo princípios da termodinâmica, é proposta neste trabalho para quantificar a racionalidade do uso da energia. O primeiro princípio da termodinâmica quantifica a energia utilizada em processos e equipamentos, mas não qualifica o uso dessa energia. A eficiência energética não compara os níveis de degradação que diferentes equipamentos e processos fazem ao utilizar energia, o que dificulta a comparação. Pelo segundo princípio da termodinâmica, compara-se o máximo trabalho possível de ser realizado por diferentes processos, equipamentos e fontes energéticas. Assim, a análise exergética possibilita identificar e quantificar as irreversibilidades de qualquer sistema de energia. Portanto, a utilização da termoeconomia enfatiza o valor do recurso natural e não somente a riqueza proporcionada por este. Neste estudo, primeiramente, mostrou-se a importância conceitual do tema, bem como suas formas de aplicação; em segundo lugar, as considerações da análise exergética em tarifas de energia elétrica nos diversos setores da economia do Estado de Minas Gerais; em terceiro lugar, propôs-se a tarifa exergética horo- sazonal e simulou-se o impacto de taxar o consumo e a demanda de energia elétrica pelo seu uso final e pelo horário do dia; em quarto, analisou-se a análise exergética na adoção de carros elétricos em substituição aos de passeio movidos a gasolina das regiões brasileiras (Centro-Oeste, Sul, Sudeste, Norte e Nordeste) e propuseram-se ações de gerenciamento do lado da demanda como remanejamento de chuveiros do horário de ponta, alterações do fator de carga e geração de energia para atender à demanda devido à adoção do carro elétrico; e, por último, aplicou-se o conceito de exergia em sistemas residenciais de aquecimento de água. Utilizaram-se cinco tipos de equipamentos de aquecimento de água residencial e foram aplicados quatro tipos de tarifas: monômia energética, monômia exergética, horo-sazonal amarela e exergética horo-sazonal. Neste trabalho foi introduzida a tarifação exergética, que contempla tanto as leis de oferta e procura de energia quanto a redução do nível de degradação ambiental. Acredita-se que a motivação maior são a possibilidade da sustentabilidade e a valorização de externalidades ambientais, buscando a reestruturação do sistema energético nacional pela valorização dos recursos naturais e do uso final dado à energia. / The economic model, which predominated until the oil crisis, was a combination of development and economic growth. Environmental aspects played a minor role and their evaluation was not part of the development stages. An increase in social awareness and mobilization is being observed, aiming to minimize environmental impacts. Integrated planning actions ranging from the use of natural resources by society to the energy end-uses at low cost and lower environmental impact is a rational way of using the natural resources. Exergetic analysis, based on the first and second principles of thermodynamics, is proposed in this work to quantify the rational use of energy. The first principle of thermodynamics quantifies the energy used by processes and equipments, but it does not qualify the use of energy. Energy efficiency does not compare the levels of degradation that different equipments and processes cause while using energy, thus making evaluation difficult. The second principle of thermodynamics compares the maximum work possible to be carried out by different processes, equipments and energetic sources. Thus, exergetic analysis (thermoeconomics) allows the identification and quantification of the irreversibilities of any given energy system. Therefore, thermoeconomics emphasizes energetically and exergetically the value of natural resources and not only the wealth they provide. This study firstly presented the exergetic analysis conceptual importance, as well as, their application forms; secondly, it presented the exergetic analysis considerations on the electric energy rates in the various economic sectors of Minas Gerais State; thirdly, it proposed time-of-use exergetic rates for different seasons, simulating the impact caused by charging electric energy consumption and demand according to its end- uses; fourthly, exergetic analysis studied if internal combustion gasoline cars were replaced by electric cars, throughout the Brazilian regions (Central Western, Southern, Southeastern, Northern and Northeastern) and Demand Side Management (DSM) actions were also proposed, such as peak clipping or load shifting, improvement in the load factor and generation of energy to meet the demand due to the adoption of electric cars; and lastly, the exergetic analysis was applied on residential water heating systems. The utilization of five types of residential water heating equipments were simulated to four different rates: energetic monomial, exergetic monomial, time-of-use energetic and exergetic rates as a function of demand and electrical consumpti exergetic rate, which charges, as a function of both energy supply/demand laws and level of environmental degradation. It is believed that this thesis greatest motivation is to show the possibility of increased environmental sustainability by the valorization of externalities, aiming to rearrange the national energetic system by prioritizing and valueing the natural resources and the energy end-uses. / Não foi encontrado o cpf do autor.

Submitted by BENJAMIN KUNTE null (benjamin.kunte@gmail.com) on 2015-12-21T20:22:35Z No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) / Approved for entry into archive by Cássia Adriana de Sant ana Gatti (cgatti@marilia.unesp.br) on 2015-12-22T13:12:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-22T13:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Os métodos mais promissores para reduzir gases de efeito estufa, bem como combater o iminente esgotamento das reservas de energia fóssil, são: a) o uso de combustíveis alternativos obtidos a partir da biomassa, como o biogás ou gás de síntese (syngas); b) o aumento da eficiência do sistema através da redução da percentagem de energia útil perdido para o ambiente. Enquanto a otimização da eficiência de uma determinada máquina da central elétrica, por exemplo, turbina a gás ou compressor, é um desenvolvimento muito demorado, a cogeração pode rápida e significativamente aumentar a eficiência global da central. Neste trabalho, análise termodinâmica, econômica e de emissões de um sistema de cogeração baseado em uma microturbina a gás de 200 kW combinado com uma caldeira de recuperação são conduzidas. Além disso, a operação de biogás e syngas é comparada com a operação de gás natural para investigar a pertinência destes dois combustíveis alternativos para o uso em micro turbinas a gás. A central de cogeração proposta mostrou-se tecnicamente viável para todos os combustíveis, porque a microturbina selecionada é disponível em várias versões, específicas para cada combustível, com sistemas de injeção de combustível otimizados. A central apresentou eficiências energéticas globais de 50,9%, 48,6% e 47,9% para operação com gás natural, biogás e syngas, respectivamente. Devido aos preços muito elevados do gás natural e do syngas, a central de cogeração apresentou viabilidade econômica apenas no caso de operação com biogás, com curtos períodos de retorno de aproximadamente 2,8 anos e alta economia anual esperada. Além disso, o biogás tem a maior eficiência ecológica e, portanto, apresentou-se como a melhor alternativa aos combustíveis fósseis. / The most promising methods to reduce greenhouse gases as well as counteract against the imminent depletion of fossil fuels are: a) the use of alternative fuels obtained from biomass, such as biogas or bio-syngas; b) enhancing the power plant efficiency by decreasing the percentage of useful energy lost to the environment. Whereas efficiency optimisation of a particular machine in a power plant, e.g. gas turbine or compressor, is a very longsome development, cogeneration can quickly and significantly increase the overall efficiency of a power plant. In this work, energetic, exergetic, emissions and economic analyses of a cogeneration system consisting of a 200 kW micro gas turbine combined with a heat recovery steam generator are introduced and conducted. Furthermore, biogas and syngas operation are compared to natural gas operation, to investigate the adequacy of these two alternative fuels for use in micro gas turbines. The proposed cogeneration plant proved to be technically feasible for all fuels, because the selected micro gas turbine Capstone C200 is available in various, fuel-specific versions with optimised fuel injection systems. The plant presented overall energetic efficiencies of 50.9%, 48.6% and 47.9% for natural gas, biogas and syngas operation, respectively. Due to very high natural gas and syngas prices, the cogeneration plant presented economic feasibility only in case of biogas operation, with short payback periods of approximately 2.8 years and high expected annual saving. Moreover, biogas has the highest ecologic efficiency and was therefore found to be the best alternative to fossil fuels.

A análise exergética é aplicada ao ser humano para avaliar a qualidade dos processos de conversão de energia no corpo e seus sistemas, assim como nos processos bioquímicos do metabolismo. Sabe-se que a vida tem um início, um desenvolvimento e um fim, ou seja, um típico exemplo de processo irreversível. Como tanto a idade cronológica como a entropia gerada são grandezas positivas (caminham no mesmo sentido), esta última passa a ser denominada de flecha do tempo (arrow of time). Assim, a partir da aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica, torna-se possível desenvolver e aplicar índices baseados no conceito de exergia destruída/entropia gerada e rendimento exergético para diferentes áreas do conhecimento como medicina (comparação de técnicas de hipotermia), esportes (teste ergoespirométrico) e engenharia (conforto térmico). Para tal, propõe-se um modelo do corpo humano que leva em conta a transferência de exergia para o ambiente, a qual é causada pela radiação, convecção, vaporização e respiração. O metabolismo exergético é calculado com base na variação da exergia de três reações de oxidação: carboidratos, lipídeos e aminoácidos. Para condições ambientais transientes, calcula-se a variação temporal da exergia do corpo, e ainda, o máximo trabalho que o corpo pode executar a partir da hidrólise do ATP (adenosina trifosfato). O corpo humano aproveita aproximadamente 60% da exergia dos macronutrientes ingeridos na forma de ATP, 5% é dissipada na forma de calor e o restante destruída. Se o indivíduo estiver em repouso, toda a exergia da molécula de ATP é destruída ou dissipada na forma de calor. A exergia destruída tende a diminuir em função da idade tanto para condição basal como também para atividades físicas. Calculou-se que a exergia destruída durante uma vida equivale a 3091MJ/kg (ou entropia gerada de 10,2MJ/kgK). O rendimento exergético, no entanto, diminui em decorrência da idade para condição basal, porém aumenta durante atividades físicas. Pode-se ainda afirmar que o corpo destrói menos exergia e é mais eficiente quando submetido a condições de alta temperatura operativa e baixa umidade relativa. A análise exergética acarretou em interpretações complementares ao balanço de energia, pois, a partir de sua aplicação, foi possível distinguir corredores de acordo com o nível de atividade física, ou seja, corredores mais bem treinados podem realizar mais trabalho para o mesmo valor de exergia destruída. Finalmente, foi possível identificar diferentes técnicas de hipotermia tomando por base a comparação das eficiências exergéticas. / Exergy analysis is applied to the human being aiming to assess the quality of the energy conversion processes that take place in the body, its several of systems and in biochemical reactions involved in these processes. It is known that life has a beginning, a development and an end, therefore, it is a typical example if irreversible process. As the chronological age and entropic generation are positive quantities (increases in the same direction), this last one is named arrow of time. Hence, it becomes possible to obtain indices based on the concept of destroyed exergy and exergy efficiency for different areas of knowledge such as: medicine (different techniques of hypothermia), sports (ergoespirometric test) and mechanical engineer (thermal comfort). To this end, it is proposed a model of the human body which takes into account the exergy transfer rates to the environment associated with radiation, convection, vaporization and respiration. The metabolism exergy basis is calculated based on the exergy variation of the reactions of oxidation of three reference substances: carbohydrates, lipids and amino acids. For transient environmental conditions it is calculated the exergy variation of the body over time. Moreover, it is possible to calculate the maximum work that can be obtained from the hydrolysis of ATP (adenosine triphosphate). This procedure was applied to a thermodynamic model of human body for basal conditions and to experimental results of runners during different level of physical activities. The human body uses about 60% of the exergy of nutrients to obtain ATP, the rest is destroyed or dissipated as heat. Destroyed exergy rate tends to decrease as a function of lifespan (for basal conditions and during physical activities). The destroyed exergy during lifespan was calculated as 3091MJ/kg (or entropy production of 10.2MJ/kgK). The exergy efficiency decreases as a function of age in basal condition, but it increases during physical activities. The destroyed exergy rate is smaller and the exergy efficiency is greater for high operative temperatures and low relative humidities. The exergy analysis led to additional information regarding the First Law of Thermodynamics, because from its application it was possible to differentiate runners according to their training level, for the same destroyed exergy better trained subjects could perform more work. Finally it was possible to distinguish different techniques of hypothermia from the concept of exergy efficiency.