Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Paulo Magalhães Filho / Banca: Rogério José da Silva / Resumo: A cogeração tem sido proposta em diferentes oportunidades para a solução de problemas de atendimento das necessidades energéticas de empresas (ou grupos de empresas em pólos industriais) a partir de combustíveis fósseis e biomassas vegetais, de forma preponderante. Há, contudo, uma forte demanda mundial para que sejam desenvolvidas novas alternativas de geração, bem como fontes energéticas, dentre as quais se destaca o lixo urbano, na medida em que esse colabora fortemente com a ocupação de áreas economicamente rentáveis, bem como com problemas de ordem social e ambiental quando não devidamente gerenciado. Esta Tese tem por objetivo analisar as perspectivas da geração combinada de eletricidade e vapor em pólos industriais a partir da destruição de resíduos sólidos municipais; para tanto, desenvolve-se uma avaliação das principais formas de deposição do lixo urbano, bem como da cogeração em termos dos sistemas empregados. Foi analisada a legislação ambiental de diversos países, com especial destaque para a política ambiental brasileira, de modo a que fossem observadas as diretrizes de emissões preconizadas em nível mundial e de forma comparativa. Neste item, concluiu-se pela adequada formulação apresentada pela legislação brasileira, que contempla os principais limites de qualidade do ar e de emissão em níveis compatíveis com os que vêm sendo praticados internacionalmente. De modo a subsidiar a modelagem apresentada no corpo da Tese, foi desenvolvido um levantamento acerca das características operacionais e de investimento das principais tecnologias de remoção de poluentes atmosféricos, bem como formas alternativas para "produção limpa" de energia. Para que pudesse ser desenvolvida uma formulação de base exergoeconômica e ambiental para o presente estudo, foi realizada uma revisão bibliografia acerca dos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: Cogeneration has been proposed, in different opportunities for working out problems concerning energetic needs of enterprises (or groups of enterprises in industrial stocks) preponderantly from fossil fuels and vegetable biomasses. There is, however, a strong world demand for new generating alternatives, as well as energetic sources, be developed: among them it can be pointed out urban waste, while it contributes strongly for the occupation of economically profitable areas and environmental and with not properly managed social problems. This Thesis aims to analyse the perspectives of electricity and steam combined generation industrial stocks from municipal solid waste destruction; therefore, an evaluation of the main forms of urban waste deposition, as well as the cogeneration in terms of the system used is developed. The environmental legislation for a number of countries, with special emphasis for the Brazilian environmental policy, was analysed , so that the emission guidances preconized at a world summit level and at a comparative level could be observed. In this item, the decision was made for the Brazilian legislation, that contemplates the principal air and emission quality limits at levels consistent with the ones worldwide used. In order to subsidize the modeling presented in this Thesis, a gathering of facts on the operational and investment characteristics of the chief technologies for removing atmospheric pollutants, as well as alternate forms for "clean production" of energy was developed. It was performed a bibliographic revision on the principal models used for the calculation of environmental costs, to allow the development of a formulation on environmental and exergoeconomic basis for the present study, as well as alternative models which, yet not showing environmental utilization, could, that way, be considered with small... (Complete abstract, click electronic address below).

Resumo: O setor elétrico brasileiro vem continuamente passando por crises energéticas; os consumidores, indústrias que dependem de energia para exercerem as suas atividades passaram a valorizar e a buscar fontes alternativas, confiáveis e ecologicamente adequadas com o objetivo de garantir o fornecimento de eletricidade de forma econômica, possibilitando desta maneira uma certa independência energética. Neste contexto, este trabalho tem a finalidade de selecionar sistemas de cogeração utilizando ciclos combinados com conjuntos a gás associadas a caldeira de recuperação sem queima suplementar e turbina a vapor, assim como realizar o levantamento das curvas de produção de energia e eficiência para os ciclos obtidos. Foram utilizados os parâmetros técnicos e construtivos das turbinas a gás e a vapor de uma mesma empresa fabricante, e através das curvas obtidas é possível selecionar o ciclo combinado mais adequado para cada situação desejada, tanto do ponto de vista energético quanto do ponto de vista econômico. / Abstract: The electric Brazilian sector is continually subject to energy crisis, the industrial consumers, that depends on energy to do its activities, is nowadays up to valorize and to look for alternative, trustful and environmental appropriate sources with the objective of guaranteeing the supply of electricity in an economic way and warranting a certain energy independence. In this context, this work has the purpose of selecting cogeneration systems based on using combined cycles with gas turbines associated to heat recovery steam generators without supplementary burners and steam turbines, as well as accomplishing the rising of the curves of production of energy and efficiency for the obtained cycles. The technical and constructive parameters of the gas and steam turbines were considered from the same manufacturing company, and through the obtained curves it is possible to select the more appropriate cycle for each process requirement, in the energy and economic point of view. / Orientador: Júlio Santana Antunes / Coorientador: José Luz Silveira / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Valdir Apolinario de Freitas / Mestre

Orientador: Nelson Miguel Teixeira / Banca: Marco Antonio Martin Biaggioni / Banca: Eduardo Antonio Sleiman / Abstract: The study shows a revision of the situation of the Brazilian electric system, basically from the water that demanded the search of alternative sources of generation of electric energy, besides of the rationing event in 2001. One of the sources of energy is the biomass and especially the residues from the ground of the sugar cane. The Alcohol Sugar Cane Industry make use of bagasse from the sugar-cane as a source of energy, through the cogeneration process, consuming the electric energy or the heat energy, generated in its productive process, without excess to sale. With investments in boilers of high-pressure and generating turbo with a bigger capacity, this industry, making use of the same amount of bagasse and also the process of cogeneration, can come to generate excess of electric energy that would be commercialized as an alternative source of energy. This study analyzes the investments and technical feasible of a sugar mill, on the purpose of generate and sales the excess of electric energy. It was adopted the "Program for growing of alternatives energy sources - PROINFA", as scene of price for selling energy in order to verify the results. It was considered the enterprise by finance from BNDES, denominate "Program of financial support to investments in alternatives electrical power sources concern to PROINFA". The datos showing the technical viability of the enterprise. But the price of PROINFA for the biomass source of energy (sugar cane bagasse), the Net Present Value was negative and the Internal Rate of Return was lover that the Interest Rate, necessary for the economical viability of the enterprise, considering the normal time of sugar cane season. / Mestre

Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Eduardo Mirko Valenzuela Turdera / Resumo: No presente trabalho avalia-se uma opção para o aproveitamento energético do biogás gerado numa estação de tratamento de esgoto urbano, com capacidade de tratar os rejeitos provenientes de uma cidade de 1.000.000 de habitantes, através da instalação de um sistema de cogeração de energia, usando tecnologias baseadas em um conjunto turbina a gás e turbina a vapor (Caso 1) ou motor a gás e turbina a vapor (Caso 2), para produção de eletricidade para consumo próprio e de vapor para secagem do lodo. São realizadas análises termodinâmicas e termoeconômicas das duas plantas de cogeração propostas definindo-se índices de desempenho, como eficiências, custos unitários de produção eletricidade, calor e lodo seco, em função dos equipamentos utilizados e custos envolvidos com a implantação, operação e manutenção. Por fim, são realizadas análises econômicas das plantas propostas para verificação da viabilidade da implantação, levando-se em conta as receitas obtidas com a comercialização de créditos de carbono e de lodo como biofertilizante, bem como a diferença de custo entre a eletricidade gerada e a atualmente comprada. Dos indicadores estabelecidos e dos resultados obtidos, pode-se concluir que o primeiro caso parece significativamente mais atrativo do que o segundo. / Abstract: In the present work an option for the deployment of biogas energy generated at a urban sewage treatment plant with capacity to process the effluents from a city of 1,000,000 inhabitants is studied, considering the installation of a cogeneration power system, using technologies based on a gas turbine and steam turbine set (Case 1) or a gas IC engine and steam turbine set (Case 2), for production of electricity for own consumption as well as steam for drying the sewage residual sludge. Thermoeconomic and thermodynamic analysis are performed for both cogeneration plants proposed, setting up performance indicators, such as efficiencies, unitary costs for production of electricity, heat and dry mud, depending on the equipment and costs involved with the deployment, operation and maintenance. Finally, an economic analysis of the plants proposed is developed for verifying the feasibility of implementation, taking into account the proceeds from the sales of carbon credits and mud as biofertilizer as well as the difference between the costs of electricity generated and currently purchased. From the settings established and results obtained, it can be concluded that the first case seems to be significantly more attractive than the second. / Mestre

Resumo: Este trabalho desenvolve o projeto, aqui entendido como a seleção das unidades que atendam às exigências de obtenção de eletricidade, calor e frio, e a montagem de um sistema de cogeração que usa um motor de pequeno porte associado a uma máquina de absorção e trocadores de calor que satisfarão tais exigências de uma maneira a mais econômica possível, isto é, otimizado em termos de custos. Aplicando-se um método de obtenção dos custos associados à exergia, cria-se um quadro de custos exergéticos para a obtenção de cada produto, e a soma de cada custo constitui o que chama-se de custo de manufatura exergética. O estudo demonstra que é possível aplicar esse método e identificar os pontos de deficiência de um sistema térmico como o mostrado e ,com isso, tomar medidas que venham a melhorar seu desempenho. Essa otimização física não se utiliza de conhecidos algoritmos de otimização matemática, utilizando-se de dados físicos e termodinâmicos medidos, O método permite identificar a forma operacional (basicamente a rotação do motor) que apresente os menores custos. A compreensão dos aspectos gerais da cogeração, das tecnologias envolvidas, com suas vantagens e desvantagens, torna possível aplicar a avaliação exergética associada a conceitos econômicos,e, com essa análise, tomar-se medidas que melhorem o desempenho do sistema em estudo. / Abstract: This work develop the design of a cogeneration system with a small internal combustion engine coupled with an absorption refrigeration unit utilised in the production of a refrigeration effect, heating effect and electrical power generation with the utilization of exhaust waste heat, in a most possible economic way, i.e., optimized within limits of costs. By developing a method of costs associated to exergy, raises an exergetic costs for each unit, and the total costs is called manufacture exergetic cost. This study demonstrate that the appliance of this method identify the failures in the system and indicate where applies measures that improves its performance. This optimization do not utilizes mathematical algorithms, it is a physical optimization that use thermodynamics and physical data. The objective of this method is to identify the operational form that introduces the smaller cost. This compact cogeneration system have an internal combustion engine coupled with two heat exchangers and an absorption engine. The comprehension of general aspects of cogeneration technologies, its advantages and disadvantages turn possible to apply the exergetic evaluation associated with economic concepts to improve the performance of the system. / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Edson Bazzo / Banca: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Julio Santana Antunes / Banca: Jose Rui Camargo / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Doutor

Orientador: Marcelo Fernandes de Oliveira / Banca: Luís Antônio Paulino / Banca: Rafael Villa / Resumo: Na contemporaneidade, as discussões ambientais permeiam a agenda política global. Isso porque as degradações ao meio ambiente possuem impactos que vão além das fronteiras nacionais dos Estados. A interdependência dos países implica em pensar o problema em âmbito transnacional. Entretanto, supomos que a sociedade, com um modelo econômico baseado na ênfase no lucro, não se sensibiliza com a questão ambiental. Nesse contexto, o caso das mudanças climáticas nos comprova que se faz necessária uma articulação que vise a cooperação internacional, pois atitudes isoladas não são suficientes para conter o aquecimento global. Nessa direção, buscamos compreender nesse estudo os motivos que conduziram os países a negociarem um regime internacional do meio ambiente. Em específico, trataremos da criação do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo e do estudo empírico da cogeração de energia no setor sucroalcooleiro brasileiro, pois estes vêm sendo apresentados como possíveis alternativas econômicas para a sustentabilidade ambiental e para a mitigação do delicado problema climático que a humanidade terá que enfrentar no século XXI / Abstract: Nowadays, the environment matters take part in the global political agenda. This happens because the environment degenaretion results in impacts that are beyond the state boundaries. The interdependency among the countries incite us necessarily to think about the problem in the internacional ambit. Though, it is supposed that the society based on economical pattern of profit is not sensitive to the enviromental matter. In this context, the climate change issue proves that an articulation focused in the internacional cooperacion is necessary, then isolated attitudes are not enough to hold the global warming. According to this view, this study attempts to comprehend the reasons that led the contries to negociate an internacional regime. Specifically, we deal with the creation of the Clean Development Mecanism and the empirical study of energy cogeneration in sugar and alcohol sector as an economical alternative to sustain the environment and to appease the delicated climate problem that the mankind must face in the twenty-one century / Mestre

Orientador: Ricardo Alan Verdu Ramos / Banca: Emanuel Rocha Woiski / Banca: Eduardo Mirko Valenzuela Turdera / Resumo: Neste trabalho são realizadas análises termodinâmicas, termoeconômicas e econômicas aplicadas a uma usina de açúcar e álcool com processo de extração por difusão, envolvendo desde a configuração inicial de implantação da usina até a expansão para uma planta moderna de potência cujo principal objetivo é a produção de excedente de energia elétrica. São consideradas quatro situações: a configuração inicial da planta, definida como Caso 1, que opera visando gerar energia elétrica apenas para o próprio consumo e, também, vapor para o processo de produção de álcool; na seqüência tem-se a configuração, definida como Caso 2, onde o intuito é produzir o máximo de energia elétrica que o turbogerador pode fornecer e vapor para a produção de álcool e, também açúcar; na configuração seguinte, definida como Caso 3, é adicionada na planta uma turbina de condensação visando um melhor aproveitamento para a geração de energia elétrica; e, por fim, na última configuração, definida como Caso 4, é adicionada uma nova turbina de extração condensação e uma caldeira de alta pressão, priorizando a geração de energia elétrica / Abstract: In this work thermodynamic, thermoeconomic and economical analyses were accomplished in a sugar-alcohol factory with extraction process for diffusion, considering the initial configuration implanted until the expansion for a modern power plant whose main objective is the production of electric power surplus. Four situations were considered: the initial configuration of the plant, defined as Case 1, that operates generating electric power just for the own consumption and, also, steam for the alcohol production process; in sequence it was studied the configuration defined as Case 2, where the intention is to produce the maximum of electric power that the turbogenerator can supply and steam for the production of alcohol and, also, sugar; in the following configuration, defined as Case 3, it is added in the plant a condensation turbine for a better use in the electric power generation; and, finally, in the last configuration, defined as Case 4, it is added a new extractioncondensation turbine and a high pressure boiler, prioritizing the electric power generation / Mestre

Orientador: Ricardo Alan Verdu Ramos / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Marcelo Moreira Ganzarolli / Resumo: Neste trabalho são realizados estudos termodinâmicos e termoeconômicos visando o aproveitamento do gás natural como combustível em usinas de açúcar e álcool. Para tanto são considerados quatro casos, sendo o primeiro uma planta de uma usina sucroalcooleira real que utiliza equipamentos modernos e eficientes, e que comercializa o excedente de eletricidade na safra. O segundo é um caso hipotético no qual é incorporada à planta real da usina uma turbina a gás e uma caldeira de recuperação, passando a planta a operar em ciclo combinado na entressafra utilizando como combustível o gás natural, com o intuito de possibilitar a comercialização de eletricidade ao longo de todo o ano. O terceiro caso considera a proposta de uma planta com grande capacidade de moagem (duas vezes mais do que a da usina real considerada no primeiro caso), que opere de forma convencional com geração de excedente de eletricidade para comercialização apenas na safra, com o diferencial de ser constituída por duas linhas independentes de produção, consumo de vapor e geração de eletricidade, flexibilizando a produção e manutenção. Finalmente, o quarto caso considera o aproveitamento do gás natural como combustível associado ao bagaço da cana, através da incorporação de uma turbina a gás e uma caldeira de recuperação na planta do terceiro caso, permitindo também a comercialização de eletricidade na entressafra. Diante dos resultados obtidos, foi constatado que só existe a viabilidade para o uso do gás natural no quarto caso, e mesmo assim em condições especiais nas quais se considera custos do bagaço e do gás natural abaixo dos praticados no mercado, bem como uma remuneração para a venda de eletricidade excedente acima do preço atual de mercado / Abstract: In this work thermodynamic and thermoeconomic analyses for the use of natural gas as fuel in sugar-alcohol factories will be accomplished. In order to make these analyses, four cases are considered, being the first case constituted by a real sugar-alcohol factory that uses modern and efficient equipments, and sells surplus of electricity during the harvest. The second case is a hypothetical case that incorporates to the real plant of the previous case a gas turbine and a heat recovery steam generator, making possible the operation with natural gas in combined cycle at the time between harvests, with the intention of making possible the commercialization of electricity along the entire year. The third case considers the proposal of a plant with great milling capacity (twice more than of the real plant considered previously), operating in a conventional way with generation of electricity surplus for commercialization in the harvest, with the differential of being constituted by two independent lines of production and steam consumption and generation of electricity, becoming more flexible the production and maintenance. Finally, the fourth case considers the use of the natural gas as fuel associated to the sugar cane bagasse, through the incorporation of a gas turbine and a heat recovery steam generator in the plant of the previous case, also allowing the electricity commercialization at the time between harvests. In agreement with the obtained results, it was verified that there is viability for the natural gas use only in the fourth case, even though in special conditions in which the costs of the sugar cane bagasse and natural gas are considered below of the current price of the market, as well as the remuneration for the sale of electricity surplus is considered above of the current price of market / Mestre

Orientador: Maura Seiko Tsutsui Esperancini / Banca: Elias José Simon / Banca: Jorim Sousa das Virgens Filho / Banca: Maria Inês E. Geraldo Martins / Banca: Ricardo Shirota / Resumo: A co-geração de energia elétrica excedente por meio do aproveitamento do bagaço de cana-de-açúcar tem sido considerada uma alternativa importante na diversificação de fontes de geração de energia elétrica no Brasil, considerando-se as vantagens em relação à grande produção de matéria prima, menores custos de geração de energia e a possibilidade de reduzir o ônus dos investimentos em geração de energia do setor público. Apesar do grande potencial apresentado por esta fonte alternativa de energia, o mercado para a energia elétrica co-gerada está ainda hoje, sujeito a um ambiente de grande risco e incerteza, seja decorrente de condições do mercado de energia ou da produção. Este trabalho teve por objetivos analisar a viabilidade econômica de um projeto de investimento em co-geração de energia elétrica em uma usina sucroalcooleira na região Oeste do estado de São Paulo,com vistas à comercialização de excedentes, sob condições de risco, utilizando o algoritmo de Redes Neurais Artificiais. Procurou-se também testar a convergência dos resultados obtidos por este método com outro mais tradicionalmente utilizado em análise de risco para a determinação dos indicadores de viabilidade econômica do investimento. Os indicadores utilizados foram Valor Atual Líquido (VAL); Taxa Interna de Retorno (TIR); Relação Benefício - Custo (RBC); Payback Simples (PBS) e Payback Econômico (PBE). A análise foi realizada considerando seis cenários, considerando a possibilidade ou não de obtenção de financiamento e diferentes níveis de eficiência de queima do bagaço. No método de Redes Neurais Artificiais, as redes foram alimentadas com as seguintes variáveis de entrada: valor do investimento; despesas com juros e amortização; despesa com aquisição e transporte do bagaço e receita operacional, tendo como variável de saída o fluxo líquido de caixa. / Abstract: The co-generation of surplus electrical energy by means of the use of sugar-cane bagasse has been considered as an important alternative in the diversification of sources of electrical energy in Brazil. Its advantages in relation to the production of raw material are: smaller costs of generation of energy and the possibility to reduce the costs of the investments in the generation of energy in the public sector. In spite of the great potential presented by this alternative source of energy, the market for the co-generation of electrical is still today subject to an atmosphere of great risk and uncertainty, be it due to conditions of the energy or of the production market. The objective of this research study was to analyze the economic viability of an investment project of cogeneration of electrical energy in an alcohol and sugar mill based on the Western area of the state of São Paulo having in view the commercialization of surpluses, under risk conditions, using the algorithm of Artificial Neural Networks. It was also tried to test the convergence of the results obtained by this method with a more traditionally method used in analysis of risk for the determination of the indicators of economic viability of the investment. The indicators used were Liquid Current Value (LCV); Internal Rate of Return (IRR); Benefit - Cost Relationship (BCR); Simple Payback (SPB) and Economic Payback (EPB). The analysis was performed into six different scenarios, having into consideration the possibility or not availabity of financing, and the different levels of efficiency in the burning of bagasse. In the method of Artificial Neural Networks the nets were supplied with entrance variables, such as, the value of the investment; expenses with interests and amortization; expense with acquisition and transport of the bagasse; operational revenue, and the exit variable included the liquid cash flow. / Doutor