A geração de energia elétrica através de grandes empreendimentos, sejam hídricos, térmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo período de tempo para início de operação. Em contrapartida, a demanda por este insumo básico para o desenvolvimento e manutenção da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendência global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente à rede primária ou á rede secundária de distribuição. Tais unidades são usualmente denominadas de geração distribuída (GD) e dispersa (Gdd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de geração poderá haver aumento da confiabilidade do sistema elétrico, a possibilidade de postergar investimentos necessários à rede de distribuição e a diversificação da matriz energética com maior possibilidade de uso de fontes renováveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de geração distribuída na área da concessionária de distribuição de energia elétrica, avaliando os respectivos custos e benefícios de cada oportunidade. Por meio destes resultados é possível classificar e, conseqüentemente, priorizar as instalações com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionária local de distribuição de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a geração dispersa no planejamento da expansão dos sistemas de distribuição, bem como avaliar fatores que limitem sua expansão no Brasil. Este trabalho prioriza a análise sob ponto de vista da concessionária de energia elétrica, prática ainda não usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicação. / The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (Gdd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.

A matriz elétrica brasileira é baseada em energias renováveis e principalmente, na energia hidráulica. Frente a algumas crises que o país viveu, faz-se necessário encontrar fontes alternativas de produção de energia elétrica que possam auxiliar a principal fonte energética, principalmente no período de estiagem. A biomassa é uma alternativa viável de combustível para a produção de eletricidade através de centrais de geração e cogeração de energia. Dentre as alternativas para a produção de eletricidade, temos as usinas de açúcar e álcool, que possuem um grande potencial de produção energética, que pode ser otimizado através do melhor aproveitamento da queima de bagaço. Esta dissertação estuda todos os elementos de cogeração de energia em usinas sucroalcooleiras, com ênfase no bagaço e na caldeira, propondo uma alternativa para aperfeiçoar a eficiência da queima do bagaço. Esta proposição é por meio da utilização de medidores de vazão e umidade do bagaço, aliado a um controlador lógico que atue sobre as entradas da cogeração de energia, para aumentar a eficiência da malha e diminuir o desperdício das variáveis de entrada. Todas as proposições são simuladas com dados de uma usina de açúcar e álcool, para que seja possível validar o modelo, e comprovar os ganhos provenientes da utilização do controlador. Através deste controlador, verificou-se que a usina queima mais bagaço que o necessário, diminuindo o rendimento da caldeira e perturbando o restante do processo. / The Brazilian electrical energy matrix is based on renewable energies mainly on hydroelectric energy. As the country has experienced some energy crisis, it is necessary to find alternative sources of electric energy production that can help to keep the offer of the main energy source, especially during the dry season. Biomass is a viable alternative fuel for the production of electricity, through generation power plants and cogeneration power plants. Among electricity production alternatives, we have the sugar and alcohol plants, which have a great energy production potential that which can be optimized through the best use of bagasse burning. This dissertation will study all the elements of energy cogeneration in sugarcane plants, by emphasizing bagasse and boiler, proposing an alternative to improve bagasse burning efficiency. This proposition will be proven through the use of flow meters and bagasse moisture, together with a logic controller that acts on the inputs of the energy cogeneration, which increase the efficiency of the mesh and reduce the wastage of the input variables. All propositions will be simulated with data from a sugar and alcohol mill, so that it is possible to validate the model, and to prove the gains from using the controller. Through this controller, it was verified that the plant burns more bagasse than necessary, reducing the efficiency of the boiler and disturbing the rest of the process.

Este trabalho constitui o estudo experimental de um componente importante de um ciclo de refrigeração por absorção de amônia-água - o destilador. O destilador neste ciclo, é o encarregado de produzir vapor de amônia de elevada pureza a partir de uma solução líquida concentrada de amônia-água. É proposto aqui um destilador de filme descendente composto somente por dois elementos: o gerador e o retificador. O gerador é constituído por um banco de tubos horizontais que no seu interior passa óleo térmico sintético aquecido. A solução de amônia-água concentrada escoa externamente aos tubos por filme descendente e, mediante seu aquecimento, é produzido vapor de amônia úmida. O retificador, também constituído por tubos horizontais, resfria e condensa parte desse vapor úmido, produzindo assim vapor de amônia destilada de elevada pureza. O objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente a influência de diferentes parâmetros no funcionamento do destilador no que diz respeito à concentração e à vazão mássica de destilado de amônia produzido. Para isso, foi construído um arranjo experimental que permite variar temperatura, vazão e concentração da solução amônia-água, bem como, a temperatura do óleo térmico no gerador e da água de resfriamento no retificador. O aparelho pode trabalhar com pressão interna até 20 bar e temperatura até 150 °C. Os resultados mostraram que a concentração de amônia destilada aumenta quando incrementada a vazão mássica da solução concentrada e quando a temperatura do retificador, do gerador e da solução concentrada diminui. Porém, exceto na diminuição da temperatura do retificador, sempre quando o grau de pureza do destilado de amônia aumentava, sua vazão mássica diminuía. Foram realizados ensaios com duas concentrações de solução concentrada que são: 37 e 49 %. A pureza do destilado de amônia aumenta quanto maior for essa concentração, chegando até 99,74 %. Foram também analisados o sistema de distribuição de líquido nos tubos, o padrão de escoamento entre os tubos, bem como, avaliou-se o número de Nusselt médio para o filme descendente da mistura amônia-água. / This work presents the experimental study of an important component of an ammonia-water absorption refrigeration cycle - the distiller. The distiller is responsible for producing high purity ammonia vapor from a concentrated ammonia-water liquid solution. It is analyzed here a falling film distiller composed solely of two elements: the generator and the rectifier. The generator consists of a horizontal tube bundle which internally hot thermal synthetic oil passes through. The ammonia-water concentrated solution flows externally on the tubes making a falling film resulting in a wet ammonia vapor. The rectifier, which is also a horizontal tube bundle, cools down the wet ammonia vapor and condenses part of water content, thus producing high purity distilled ammonia vapor. The aim of this work is to analyze the influence of different parameters on the operation of the distiller, respecting the concentration and the mass flow rate of distillate ammonia produced. For that, an experimental setup that allows to vary the temperature, the mass flow rate and the concentration of the ammonia-water solution, as well as, the thermal oil temperature in the generator and the cooling water temperature in the rectifier was built. This experimental setup can work at internal pressures up to 20 bar and temperature up to 150 °C. The results showed that the distilled ammonia concentration enhances when increased the concentrated solution mass flow rate, and when the temperature of the rectifier, generator and the concentrated solution decreased. However, except in the reduction of the rectifier temperature, whenever the purity of distilled ammonia increased, its mass flow rate decreased. There were performed tests with two concentrations of the concentrated solution: 37 and 49 %. The ammonia distilled purity increases for the higher concentration, reaching up to 99.74 %. There were also analyzed the liquid distribution system on the pipes, the intertube flow mode, furthermore, the average Nusselt number for the ammonia-water falling film mixture.

Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: A bioenergia, energia da biomassa, possui um papel fundamental na matriz elétrica brasileira, sendo que o setor sucroenergético é merecedor de destaque com a produção de excedentes de energia elétrica. No entanto, até bem pouco tempo atrás haviam entraves para o incremento na cogeração nesse setor devido à limitação a 30 MW da exportação da energia incentivada através da concessão de descontos nas tarifas de transmissão e distribuição da energia às usinas. Com a atualização recente da legislação, esse limite foi ampliado para 50 MW para as usinas já existentes e para 300 MW para novos projetos, como forma de incentivo para a implantação de novos investimentos. Diante deste contexto, no presente trabalho foram analisadas tecnologias para potencializar a cogeração de energia, a partir da queima da biomassa da cana-de-açúcar, no setor sucroenergético, a fim de possibilitar ganhos com a venda de excedentes de energia elétrica. Para tanto, foi estudado o incremento do uso da palha como combustível, por meio da regulagem dos extratores da colhedora e transporte da mesma junto com a cana, nas proporções de 4, 6, 8, 10 e 12 % em relação à cana entregue na usina e posterior passagem por sistema de limpeza a seco antes da queima na caldeira. Além disso, foi realizada a eletrificação dos acionamentos dos equipamentos que operavam com turbinas a vapor de baixa eficiência e alto consumo de vapor. Neste trabalho também foi verificado o efeito do uso de camisas de alta drenagem (rolo Lótus)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bioenergy, biomass energy, has a fundamental role in the Brazilian electricity matrix, and the sucroenergy sector is worthy of note with the production of surplus electricity. However, until very recently there were obstacles to an increase in cogeneration in this sector due to the limitation of 30 MW in energy exports encouraged through the concession of discounts on energy transmission and distribution tariffs to the mills. With the recent updating of the legislation, this limit was extended to 50 MW for existing plants and to 300 MW for new projects, as an incentive for the implementation of new investments. In view of this context, in the present work, technologies for potentializing energy cogeneration, from the burning of sugarcane biomass, in the sugar-energy sector, were introduced in order to make gains from the sale of surplus electricity. In order to do so, the increase of the use of straw as fuel was studied by regulating the extractors of the harvester and transporting it together with the cane, in the proportions of 4, 6, 8, 10 and 12% in relation to the sugar cane delivered in the and subsequent passage through the dry cleaning system before burning in the boiler. In addition, the study was complemented with the electrification of the drives of the equipment that operated with steam turbines of low efficiency and high consumption of steam. In this work the effect of the use of high drainage liners (Lotus roll) was also verified, in order to reduce the impacts o... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Abel Peças Lopes

Em função do crescimento populacional e econômico brasileiro, o sistema elétrico nacional está sempre em modificação a fim de atender às necessidades do país. Na última década, ganhou destaque o aumento da geração termoelétrica na matriz elétrica nacional, primeiro proveniente do gás natural, e mais recentemente de fontes renováveis, como a cogeração termoelétrica proveniente do bagaço de cana. Em virtude desta realidade, é importante que, frente ao volume significativo e crescente de centrais de cogeração no país, seja pensada uma forma de administrar esta parcela da geração de maneira a se aprimorar de forma constante o desempenho destes sistemas. No entanto, verifica-se que os programas de eficiência energética no Brasil e no mundo estão geralmente associados aos usos finais de energia elétrica e praticamente inexiste uma ação estruturada de gestão da eficiência nas transformações energéticas para geração de eletricidade ao longo de sua operação. Portanto, este trabalho tem como objetivo, propor uma metodologia de gestão continuada da eficiência energética de centrais de cogeração a biomassa que operam em ciclo Rankine no Brasil. A metodologia está baseada no ciclo de melhoria contínua da qualidade, conhecido como PDCA. São estabelecidas as etapas para implementação da metodologia: enquadramento, cálculo, medição, verificação e ação. O parâmetro escolhido para cálculo e medição na metodologia é o fator de utilização de energia (FUE). A implementação da metodologia permite passar por cada fase do ciclo PDCA: planejamento, execução, verificação e ação. O ciclo Rankine foi o escolhido para o desenvolvimento do modelo de aplicação por representar a totalidade das centrais de cogeração a biomassa no Brasil. É apresentado um estudo de caso no qual a metodologia foi aplicada a duas centrais de cogeração enquadradas em classes semelhantes. Os resultados demonstram a validade da metodologia para o propósito de implementar um sistema de gestão continuada da eficiência energética global em centrais de cogeração a biomassa. São por fim recomendadas as ações de melhoria decorrentes da aplicação do ciclo nas centrais, e recomendações de desenvolvimento futuro complementares a este trabalho. / Due to the Brazilian population and economic growth, the national grid is in continuous change in order to meet the country needs. During the last decade, the highlights are the thermoelectric generation expansion, first by natural gas plants growth and recently by alternative renewable cogeneration sugarcane bagasse plants. Due to this situation, face to the significant growing number of biomass cogeneration plants in Brazil, it is important to think a way to manage this electric generation portion in order to have a continuous improvement of its performance. However, it is noticed that the energy efficiency policies either in Brazil or worldwide are usually connected to end uses of electricity and actually there is not any structured action towards the energy efficiency management for electricity generation along operation. Thus, this work proposes a methodology for energy efficiency management in Rankine cycle operated biomass cogeneration plants in Brazil. The methodology is based on the so called PDCA continual improvement cycle. The steps for implementation of the methodology: classification, calculation, measurement, verification and action, are established. The energy utilization factor (EUF) was chosen for calculation and measurement in the methodology. The implementation of it permits to pass through each phase of PDCA cycle: plan, do, check and act. The Rankine cycle was chosen for the application model development because it represents 100% of biomass cogeneration commercial plants operating in Brazil. A application of the methodology for two cogeneration plants with the same class is presented in the study case. The results show the validity of the application of the proposed methodology for establishment of an overall energy efficiency management system in biomass cogeneration plants. Improvement actions are recommended as results from the application of the cycle. Further development recommendations for this work are also presented.

Orientador: José Luz Silveira / Banca: Julio Santana Antunes / Banca: Ederaldo Godoy Junior / Resumo: Neste trabalho são estudados dois processos que utilizam biogás para obtenção do biohidrogênio. Inicialmente é analisado o processo de eletrólise da água, com o uso de energia elétrica gerada em conjunto motor de combustão interna/gerador (MCI) operando com biogás de aterro sanitário. Visando aproveitamento de calor dos gases de escape do MCI estuda-se o potencial de geração de energia térmica útil pela aplicação da técnica de cogeração. Considera-se dois casos: o primeiro para a produção de água quente em um trocador de calor, e o segundo, para a produção de água gelada em um sistema de refrigeração por absorção. Posteriormente é estudada a reforma a vapor de biogás para a produção de biohidrogênio, que utiliza também esse biocombustível para a geração de vapor superaquecido necessário ao processo de reforma. O objetivo é efetuar a análise energética de modo a determinar as eficiências dos processos, o potencial de produção de biohidrogênio, água quente ou água gelada, nos aterros sanitários da cidade de São Paulo. Também é efetuada análise de engenharia econômica para a determinação do custos da produção de biohidrogênio, água quente e água gelada, em US$/kWh. Esse estudo baseia-se em parâmetros tais como, investimento capital, custos de manutenção e operação dos equipamentos, período equivalente de utilização e período de amortização de capital. Em fase final, foram realizados estudos de impactos ambientais para a determinação das eficiências ecológicas dos processos de p... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work is studied two processes to obtain hydrogen using biogas. Initially is analyzed the process of electrolysis of water, with the use of electricity generated in conjunction with an internal combustion engine / generator (ICE) operating with landfill biogas. generated by an internal combustion engine/generator operating with landfill biogas, is analyzed. In order to take advantage of the exhaust gases from the combustion of biogas, the potential of cogeneration is studied, another two cases are considered. The first one studies the production of hot water in the heat exchanger and the second analyzes the use of absorption refrigeration system to produce cold water. Subsequently it is studied the steam reform of biogas for the production of hydrogen, which is constituted of biogas burning for the generation of superheated steam used in the conversion of the fuel input. The objective is to make the energy analysis in order to determine the efficiency of the processes and the potential of producing hydrogen, hot water or ice water in the landfills of the city of São Paulo using the biogas generated. An economic engineering analysis to determine the production hydrogen cost, hot water and ice water, in US$/kWh, based on capital investment, maintenance and operation costs, equivalent period of use and payback. In the final phase, environmental study method is applied to determine the ecological efficiencies of the hydrogen production processes using biogas, considering ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: José Antônio Perrella Balestieri / 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... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: 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 modifications. For the analysis of cogeneration with municipal solid... (Complete abstract, click electronic address below). / Doutor

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).

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2004 / Inclui bibliografias e índice / O desevolvimento de um estudo de viabilidade econômica e projeto de uma planta de cogeração. iniciados em 2001, foi o objetivo deste estudo. Neste sentido, esforços foram realizados a fim de se desenvolver o melhor projeto, visando reduzir custos e, no mí