Submitted by BEATRIZ HELENE XAVIER null (beatriz_helene@hotmail.com) on 2016-10-06T01:37:14Z No. of bitstreams: 1 BeatrizHelene - Dis. Mestrado 2016.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Rejected by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão com o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2016-10-06T16:45:37Z (GMT) / Submitted by BEATRIZ HELENE XAVIER null (beatriz_helene@hotmail.com) on 2016-10-07T11:50:40Z No. of bitstreams: 1 BeatrizHelene - Dis. Mestrado 2016.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-10-07T13:59:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 xavier_bh_me_guara.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-07T13:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 xavier_bh_me_guara.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) / A preocupação com o meio ambiente e com a qualidade do ar têm sido crescente e objeto de diversos estudos. Quanto maior a densidade populacional, maior a necessidade de consumo de energia e consequentemente, maiores os índices de emissões de poluentes. Neste sentido, é essencial a procura por novas fontes e sistemas mais eficientes de geração de energia, a fim de reduzir os níveis de poluição, diminuir o efeito estufa sobre o planeta, e, principalmente, reduzir a dependência de petróleo na matriz energética mundial. Partindo deste conceito e considerando aspectos técnicos, econômicos e ecológicos, neste trabalho analisam-se três casos de cogeração utilizando motores de combustão interna (MCI) operando com gás natural em comparação com biogás e gás de síntese (syngas), ambos provenientes da biomassa. São aplicadas metodologias de pesquisadores renomados, com o objetivo de determinar a eficiência de geração de eletricidade, a eficiência de geração de calor e a eficiência global dos sistemas, e ainda como parte da análise técnica, determinam-se índices de correlação entre a produção térmica e a potência elétrica dos motores, tornando previsível a capacidade de produção de água quente, vapor e água gelada, dependendo da capacidade elétrica do motor a ser utilizado na implantação de sistemas de cogeração. São determinados os custos de geração de eletricidade e calor, período de retorno dos investimentos e posteriormente são estudadas as emissões de CO2, NOx, SOx, MP e o CO2 equivalente para a determinação do indicador de poluição e da eficiência ecológica dos sistemas de cogeração considerados nesta dissertação. Conclui-se com o estudo realizado que os biocombustíveis são uma importante fonte energética que vem ganhando espaço dia a dia. Na análise ambiental, o gás natural perdeu em eficiência ecológica tanto para o biogás como para o gás de síntese, e a análise energética comprovou que não há grandes perdas na utilização de biocombustíveis em substituição ao gás natural. No aspecto econômico, o biogás demonstrou-se como o mais rentável frente aos combustíveis estudados, apresentando rapidez no retorno dos investimentos e baixo custo de produção elétrica e térmica. / The concern with the environment and air quality has increased and subjected to several studies. The higher the population density, the greater the need for energy consumption and therefore higher pollutant emission rates. In this regard, the search for new sources and more efficient systems for power generation is essential in order to reduce pollution levels and the greenhouse effect on the planet, and, most importantly, reduce dependence on oil in the global energy matrix. Based on this concept and considering the technical, economic and ecological aspects, this paper analyzes three cases of cogeneration using internal combustion engines (ICEs) operating with natural gas in comparison with biogas and synthesis gas (syngas), both stemming from biomass. Methodologies from renowned researchers are applied, with the aim of determining the efficiency of electricity generation, heat generation efficiency and the overall efficiency of the systems; furthermore, as part of the technical analysis, we determine correlation coefficients between the thermal production and the power capacity of the engine, making it possible to predict hot, steam and cold water production capacities, depending on the engine power capacity used in the implementation of the cogeneration system. We determine the costs of generating electricity and heat, the payback period and then CO2, NOx, SOx, MP and equivalent CO2 emissions are studied in order to determine the pollution indicator and ecological efficiency of cogeneration systems considered in this thesis. From this study we conclude that the biofuels are an important energy source which is becoming increasingly popular. In the environmental analysis, the natural gas was less ecologically efficient than both the biogas and the syngas, and the technical analysis showed that there are not great losses when using biofuels in place of the natural gas. In the economic analysis, the biogas was the most feasible in comparison with the natural gas and the syngas, with a short payback period and low power and thermal production costs. / PRH/ANP: 2010.4698-0

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um microgerador termoelétrico para captação de energias residuais baseado no Efeito Seebeck com sistema de transferência de calor intercambiável. Neste sentido, desenvolveu-se dois sistemas de transferência térmica, sendo um para captação do calor residual de processos industriais constituído por um módulo denominado captor de calor intercambiável e por outro módulo para resfriar o sistema. Destaca-se que o sistema térmico desenvolvido permite a sua adaptação ao processo industrial por meio da troca do captor de calor, otimizando a transferência térmica para o microgerador termoelétrico. Com base nos dados medidos fez se um tratamento dos dados obtendo-se uma tensão de circuito aberto de Vopen=0,4306xΔT [mV] e uma resistência interna de R0=9,41Ω, com uma tolerância de ΔRint=0,77Ω tal que Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. As medições feitas com a condição de máxima potência de saída foi obtida em um gradiente de temperatura de ΔT=80°C resultando numa potência máxima Pout≈29W. Como resultado obteve-se o protótipo de um microgerador termoelétrico baseado no Efeito Seebeck para captação de energias residuais, customizado e adaptado às características do processo industrial e à respectiva carga (potência e tensão), permitindo a troca e alteração da configuração do sistema de transferência de calor bem como, a reconfiguração do arranjo dos módulos termoelétricos. / This thesis presents the development of a prototype of a thermoelectric microgenerator to energy harvesting based on the Seebeck Effect with interchangeable heat transfer system. In this sense, it developed two heat transfer systems, one for capture of waste heat from industrial processes consisting of a sensor module called interchangeably heat and cool the module to another system. It is noteworthy that the thermal system developed allows its adaptation to industrial process by exchanging the sensor heat, optimizing heat transfer to the thermocouple microgenerator. Based on measured data has a data processing yielding a open circuit voltage of Vopen=0,4306xΔT and an internal resistance of R0=9,41Ω, with a tolerance of ΔRint=0,77Ω such that Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. The measurements made on the condition of maximum output was obtained at a temperature gradient of ΔT=80°C resulting in a maximum power Pout≈29W. As a result we obtained a prototype thermoelectric microgenerator based on Seebeck effect to energy harvesting, energy customized and adapted to the characteristics of industrial process and its load (power and voltage), allowing the exchange and change the configuration of the transfer system heat as well as reconfiguring the arrangement of thermoelectric modules.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um microgerador termoelétrico para captação de energias residuais baseado no Efeito Seebeck com sistema de transferência de calor intercambiável. Neste sentido, desenvolveu-se dois sistemas de transferência térmica, sendo um para captação do calor residual de processos industriais constituído por um módulo denominado captor de calor intercambiável e por outro módulo para resfriar o sistema. Destaca-se que o sistema térmico desenvolvido permite a sua adaptação ao processo industrial por meio da troca do captor de calor, otimizando a transferência térmica para o microgerador termoelétrico. Com base nos dados medidos fez se um tratamento dos dados obtendo-se uma tensão de circuito aberto de Vopen=0,4306xΔT [mV] e uma resistência interna de R0=9,41Ω, com uma tolerância de ΔRint=0,77Ω tal que Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. As medições feitas com a condição de máxima potência de saída foi obtida em um gradiente de temperatura de ΔT=80°C resultando numa potência máxima Pout≈29W. Como resultado obteve-se o protótipo de um microgerador termoelétrico baseado no Efeito Seebeck para captação de energias residuais, customizado e adaptado às características do processo industrial e à respectiva carga (potência e tensão), permitindo a troca e alteração da configuração do sistema de transferência de calor bem como, a reconfiguração do arranjo dos módulos termoelétricos. / This thesis presents the development of a prototype of a thermoelectric microgenerator to energy harvesting based on the Seebeck Effect with interchangeable heat transfer system. In this sense, it developed two heat transfer systems, one for capture of waste heat from industrial processes consisting of a sensor module called interchangeably heat and cool the module to another system. It is noteworthy that the thermal system developed allows its adaptation to industrial process by exchanging the sensor heat, optimizing heat transfer to the thermocouple microgenerator. Based on measured data has a data processing yielding a open circuit voltage of Vopen=0,4306xΔT and an internal resistance of R0=9,41Ω, with a tolerance of ΔRint=0,77Ω such that Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. The measurements made on the condition of maximum output was obtained at a temperature gradient of ΔT=80°C resulting in a maximum power Pout≈29W. As a result we obtained a prototype thermoelectric microgenerator based on Seebeck effect to energy harvesting, energy customized and adapted to the characteristics of industrial process and its load (power and voltage), allowing the exchange and change the configuration of the transfer system heat as well as reconfiguring the arrangement of thermoelectric modules.

A demanda por encontrar soluções que possam proporcionar um melhor aproveitamento de energia em edificações hoteleiras é crescente, tornando-se essencial na realidade vivida neste setor nos últimos tempos ao redor do mundo. O aumento da eficiência energética em hotéis por meio da aplicação de sistemas de cogeração representa um notório ganho de competitividade, tornando-se um fator decisivo para hóspedes e empresários, além de contribuir para a sustentabilidade do empreendimento. A fim de aumentar a eficiência energética em edificações hoteleiras, este trabalho apresenta a otimização de sistemas de cogeração com ciclo de absorção aplicado a hotéis. Levou-se em consideração a realidade do setor em metrópoles brasileiras, baseando-se no fato de que estas cidades recebem um número crescente de turistas por ano, tanto para eventos culturais quanto para negócios, e precisam buscar soluções para reduzir o consumo de energia elétrica. Além disso, nos últimos anos, o Brasil vem enfrentando um aumento expressivo do custo da energia elétrica. A matriz energética brasileira continua contando com uma parcela principal de eletricidade gerada por usinas hidrelétricas, porém é cada vez maior o uso de usinas termelétricas nesta matriz, para compensar de modo geral a redução no volume de chuvas e o aumento da demanda do país por eletricidade. Sendo assim, é necessário buscar fontes alternativas para a produção de energia, assim como incentivar o uso da cogeração por meio de sistemas com maior eficiência na geração e conversão energética. Hotéis possuem forte potencial para aplicação de sistemas de cogeração justamente por conter equipamentos com diversas necessidades energéticas (tanto térmica quanto elétrica). A partir da modelagem de todos os componentes que fazem parte do sistema de cogeração, tais como a câmara de combustão, turbina, caldeira a vapor e resfriador por absorção, fez-se um estudo das variáveis que podem proporcionar uma maior influência na condição de máxima eficiência do sistema como um todo. Vale ressaltar que fatores climáticos, sazonais, flutuações na disponibilidade e no custo das fontes energéticas (sejam estas renováveis ou não) fazem parte da realidade local, e precisam ser levadas em consideração neste estudo. Para o escopo deste trabalho, será abordado um ciclo de refrigeração por absorção que utiliza solução de amônia e água (NH3 + H2O). Para suprir a demanda do ciclo por absorção por energia térmica no gerador, levou-se em consideração a queima do gás liquefeito do petróleo como insumo deste sistema. Serão apresentados fatores que podem contribuir para a redução do consumo elétrico da edificação, reduzindo-se assim a dependência da eletricidade e possibilitando o uso de combustíveis alternativos. Além disso, as interações entre os diversos componentes que compõem o sistema de cogeração, aliada aos variados consumos de energia em um empreendimento hoteleiro (tais como a climatização de ar nos ambientes, uso de água quente em chuveiros, eletricidade), serão avaliados de modo a otimizar a eficiência energética da edificação como um todo. / A demand for finding solutions that can provide better energy use in hotel buildings is increasing, becoming essential in the reality experienced in this sector in recent times around the world. An increase in energy efficiency of hotels through the application of cogeneration systems is a marked gain in competitiveness, becoming a decisive factor for guests and hotels\' stakeholders, as well as a contribute to the sustainability of the enterprise. In order to increase energy efficiency in hotel buildings, this paper aims to present the optimization of cogeneration systems using absorption refrigeration cycle applied to hotels. It took into account the sector\'s reality in Brazilian cities, based on the fact that these cities receive an increasing number of tourists every year, both for cultural events and for business, and need to find solutions to reduce their electrical consumption. Moreover, in recent years, Brazil has been experiencing a significant increase in the cost of electricity. The Brazilian energy matrix is still counting on a major portion of electricity generated by hydroelectric power plants, but the use of thermal power plants is increasing in this matrix, in order to offset the reduction in rainfall and the increasing demand of the country for electricity. It is therefore necessary to seek alternative sources for energy production as well as encouraging the use of cogeneration systems through more efficient generation and energy conversion. Hotels have strong potential for application of cogeneration systems precisely because it has several energy appliances\' needs (both thermal and electrical). From the modeling of all components forming part of a cogeneration system such as the combustion chamber, turbine, steam boiler and absorption chiller, a study has been made using the variables that can provide a greater influence on the maximum condition efficiency of the system as a whole. It is noteworthy that climatic, seasonal factors, fluctuations in availability and cost of energy sources (whether renewable or not) are part of the local reality, and must be taken into consideration in this study. For the scope of this paper, an absorption refrigeration cycle that uses ammonia and water (NH3 + H2O) has been studied. The burning of liquefied petroleum gas inside the combustion chamber as an energy of the system was considered to meet the absorption refrigeration cycle demand for thermal energy inside the generator. Factors that may help to reduce the electrical consumption of the building will be presented, thus reducing the dependence of electricity and allowing the use of alternative fuels. In addition, the interactions between the various components that make up the cogeneration system, coupled with the varying energy consumption in a hotel building (such as HVAC, use of hot water in showers, electricity) will be assessed in order to optimize the energy efficiency of the whole building.

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

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

Este trabalho é um estudo da aplicação de um sistema que utiliza a cogeração para hotéis localizados na cidade de Porto Alegre, RS, Brasil. Foi analisada a implantação desse tipo de sistema, também chamado de CHP (Combined Heat and Power), de um ponto de vista econômico e energético. A questão econômica foi determinada pela viabilidade através de métodos de análise quantitativa, neste caso, dando enfoque ao tempo de retorno do investimento. Para a análise energética foi realizado o estudo dos consumos e demandas anuais da operação do prédio através da ferramenta de simulação térmo-energética de edificações. O software escolhido foi o EnergyPlus. Essas análises, energéticas e econômicas, foram realizadas através de uma comparação entre o hotel sem o sistema de CHP e o hotel com o sistema de CHP. O hotel hipotético simulado foi definido através de um levantamento de informações a respeito do desempenho energético de hotéis que funcionam em Porto Alegre. Além dos estudos energéticos e econômicos, foram realizadas variações em parâmetros do hotel para tentar abranger uma série de possíveis cenários e verificar suas viabilidades econômicas. Foi visto que a cogeração pode trazer redução de custo operacional mesmo não tendo um menor consumo energético anual. Em alguns cenários o tempo de retorno do investimento apresentou valor abaixo dos seis anos, sendo considerado como uma boa opção de investimento. / This work is a study of the application of a CHP (Combined Heat and Power) system in hotels built in the city of Porto Alegre, RS, Brazil. This system was analyzed from an economic and energetic point of view. The economic matter on its viability perspective was determined through quantitative methods, in this case, with the focus on the time frame for the investment's return. For the energetic analysis, a annual energy consumption and demand study was performed utilizing a whole-building energy model with computer simulation. The chosen software was EnergyPlus. The analyses, energetic and economic, were performed through a comparison between the hotel without the CHP system and with the CHP system. The hypothetic simulated hotel was determined by a data survey on the energetic performance of hotels build in Porto Alegre. In addition to the energetic and economic studies, some parametric variations to the hotel were made to include a series of possible scenarios and check their economic viability. It was observed that the CHP can provide some operational cost reductions even without presenting a lower annual energetic consumption. In some scenarios, the time to return the investment showed figures lower than six years, being considered a good investment option.

Este trabalho é um estudo da aplicação de um sistema que utiliza a cogeração para hotéis localizados na cidade de Porto Alegre, RS, Brasil. Foi analisada a implantação desse tipo de sistema, também chamado de CHP (Combined Heat and Power), de um ponto de vista econômico e energético. A questão econômica foi determinada pela viabilidade através de métodos de análise quantitativa, neste caso, dando enfoque ao tempo de retorno do investimento. Para a análise energética foi realizado o estudo dos consumos e demandas anuais da operação do prédio através da ferramenta de simulação térmo-energética de edificações. O software escolhido foi o EnergyPlus. Essas análises, energéticas e econômicas, foram realizadas através de uma comparação entre o hotel sem o sistema de CHP e o hotel com o sistema de CHP. O hotel hipotético simulado foi definido através de um levantamento de informações a respeito do desempenho energético de hotéis que funcionam em Porto Alegre. Além dos estudos energéticos e econômicos, foram realizadas variações em parâmetros do hotel para tentar abranger uma série de possíveis cenários e verificar suas viabilidades econômicas. Foi visto que a cogeração pode trazer redução de custo operacional mesmo não tendo um menor consumo energético anual. Em alguns cenários o tempo de retorno do investimento apresentou valor abaixo dos seis anos, sendo considerado como uma boa opção de investimento. / This work is a study of the application of a CHP (Combined Heat and Power) system in hotels built in the city of Porto Alegre, RS, Brazil. This system was analyzed from an economic and energetic point of view. The economic matter on its viability perspective was determined through quantitative methods, in this case, with the focus on the time frame for the investment's return. For the energetic analysis, a annual energy consumption and demand study was performed utilizing a whole-building energy model with computer simulation. The chosen software was EnergyPlus. The analyses, energetic and economic, were performed through a comparison between the hotel without the CHP system and with the CHP system. The hypothetic simulated hotel was determined by a data survey on the energetic performance of hotels build in Porto Alegre. In addition to the energetic and economic studies, some parametric variations to the hotel were made to include a series of possible scenarios and check their economic viability. It was observed that the CHP can provide some operational cost reductions even without presenting a lower annual energetic consumption. In some scenarios, the time to return the investment showed figures lower than six years, being considered a good investment option.

Orientadora: Profa. Dra. Silvia Azucena Nebra de Pérez / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / O Brasil é destaque mundial no uso de energias renováveis, o setor sucroenergético possui papel chave nesta participação, uma vez que somente os produtos da cana-de-açúcar são responsáveis por 16,9% de toda a oferta de energia do país. Este valor já ultrapassa o fornecido pelas usinas hidroelétricas que é de 11,3%. Parte desse aumento é devido à expansão da área plantada de cana, mas o desenvolvimento tecnológico também tem desempenhado um papel importante. Com o aumento da mecanização da colheita de cana de açúcar e a diminuição da prática de queima prévia da palha nos canaviais em função de protocolos ambientais estabelecidos entre os usineiros e o governo, cresce significativamente a quantidade de palha disponível no campo que pode ser aproveitada. No futuro, os ciclos de vapor supercríticos são uma boa alternativa para centrais de cogeração nas usinas de cana-de-açúcar uma vez que eles podem alcançar valores de eficiência maiores em comparação com os ciclos de vapor utilizados atualmente. Já existem no mundo usinas de cogeração como Avedøre II com ciclos a vapor supercríticos que usam biomassa como combustível. Assim, neste trabalho é analisada a utilização na cogeração de 50 % da palha total produzida no campo misturada com bagaço como combustível que ingressaria na caldeira, o outro 50 % da palha total produzida é deixada no campo. A modelagem do processo de geração de energia elétrica foi feita por médio de balanços de massa e energia, assim como de analises exergeticos com diferentes configurações do sistema de cogeração, incluindo as mais comuns nas usinas sucrooalcoleiras, modificação do ciclo Rankine com regeneradores fechados e reaquecimento, assim como a configuração supercrítica com integração energética do processo, destilação duplo efeito e fermentação híbrida com pervaporação. / In this work a heat integration analysis of first-generation ethanol production process was made. An alternative technology for fermentation process was introduced. Hybrid membrane fermentation was considered as a non-conventional operation, this case of intensification process was used to evaluate its impact over the general energy consumption of the integrated process. For heat integration was regarded the cogeneration system, sugarcane juice evaporation, hybrid fermentation with membrane and distillation. The fuel in this cogeneration system is a bagasse-straw sugarcane mixture. The fermentation and distillation mass balances were taken from the literature. The evaporation and cogeneration stages were simulated, using the fermentation and distillation mass balances as inputs parameters. The sugarcane juice evaporation system was optimized based on heat integration analysis results. The heat-exchanger size for the integrated system was determined according to hot and cold utilities needs. An economic analysis was also accomplished in order to estimate the capital and operating costs.

Este trabalho é um estudo da aplicação de um sistema que utiliza a cogeração para hotéis localizados na cidade de Porto Alegre, RS, Brasil. Foi analisada a implantação desse tipo de sistema, também chamado de CHP (Combined Heat and Power), de um ponto de vista econômico e energético. A questão econômica foi determinada pela viabilidade através de métodos de análise quantitativa, neste caso, dando enfoque ao tempo de retorno do investimento. Para a análise energética foi realizado o estudo dos consumos e demandas anuais da operação do prédio através da ferramenta de simulação térmo-energética de edificações. O software escolhido foi o EnergyPlus. Essas análises, energéticas e econômicas, foram realizadas através de uma comparação entre o hotel sem o sistema de CHP e o hotel com o sistema de CHP. O hotel hipotético simulado foi definido através de um levantamento de informações a respeito do desempenho energético de hotéis que funcionam em Porto Alegre. Além dos estudos energéticos e econômicos, foram realizadas variações em parâmetros do hotel para tentar abranger uma série de possíveis cenários e verificar suas viabilidades econômicas. Foi visto que a cogeração pode trazer redução de custo operacional mesmo não tendo um menor consumo energético anual. Em alguns cenários o tempo de retorno do investimento apresentou valor abaixo dos seis anos, sendo considerado como uma boa opção de investimento. / This work is a study of the application of a CHP (Combined Heat and Power) system in hotels built in the city of Porto Alegre, RS, Brazil. This system was analyzed from an economic and energetic point of view. The economic matter on its viability perspective was determined through quantitative methods, in this case, with the focus on the time frame for the investment's return. For the energetic analysis, a annual energy consumption and demand study was performed utilizing a whole-building energy model with computer simulation. The chosen software was EnergyPlus. The analyses, energetic and economic, were performed through a comparison between the hotel without the CHP system and with the CHP system. The hypothetic simulated hotel was determined by a data survey on the energetic performance of hotels build in Porto Alegre. In addition to the energetic and economic studies, some parametric variations to the hotel were made to include a series of possible scenarios and check their economic viability. It was observed that the CHP can provide some operational cost reductions even without presenting a lower annual energetic consumption. In some scenarios, the time to return the investment showed figures lower than six years, being considered a good investment option.