O assoreamento de reservatórios formados pela construção de barragens interfere inevitavelmente no seu volume útil. O volume útil é o compartimento responsável pelo armazenamento da água para o atendimento dos usos consuntivos e não consuntivos do sistema e a sua redução altera o atendimento das demandas. Nesta pesquisa foi investigada a interferência do processo de assoreamento do reservatório de Promissão, localizado no Médio Tietê, na geração de energia elétrica da Usina Hidrelétrica Mário Lopes Leão. A quantificação do assoreamento do reservatório nos últimos 30 anos de operação foi realizado pela comparação da topografia original do lago na época de seu enchimento, em 1975, com a topo-batimetria levantada no ano de 2005. O modelo RESSASS foi utilizado para a análise da variação do volume do reservatório de 1975 a 2005, bem como para a previsão do assoreamento do reservatório até os anos de 2055 e 2105. A redução do volume útil do reservatório foi de 4,14% de 1975 a 2005, chegando a 9,46% em 2105. O assoreamento do reservatório também foi estudado através da análise qualitativa dos dados, identificando os afluentes que apresentavam maior grau de assoreamento. A análise da interferência da variação do volume útil do reservatório na geração de energia elétrica da usina foi realizada com o modelo AcquaNet. O reservatório de Promissão foi estudado isoladamente. As simulações foram realizadas considerando as diferentes curvas cota vs. área vs. volume de 1975, 2005, 2055 e 2105, além da consideração de dois níveis mínimos de operação: 379,7 m, nível mínimo do reservatório, e 381,0 m, nível mínimo em que o reservatório é operado em função do seu uso para navegação. A interferência de 130 anos de assoreamento do reservatório na potência média mensal fornecida pelo sistema não foi significativa. No entanto, na análise do período de estiagem o assoreamento foi responsável pela redução em 321,90 MWh da energia média mensal excedente produzida, para o nível mínimo de operação de 381,0 m, e em 460,06 MWh, para o nível mínimo de operação de 379,7 m. / The silting of reservoirs formed from the building of dams interferes unavoidably in their useful volumes. The useful volume is the compartment responsible by storing water to supply consumptive and not-consumptive water uses, and its reduction changes the demands supply. In this research, the interference of Promissão reservoir (located in Middle Tietê watershed) silting process in the electric energy generation of Mário Lopes Leão Hydroelectric Power Plant was investigated. The quantification of reservoir silting in the last thirty years of operation was accomplished by the comparison of lake’s original topography in the reservoir filling period, in 1975, with the topobathymetry obtained in 2005. The RESSASS model was used in the analysis of reservoir volume change between 1975 and 2005, and to preview the reservoir silting until the years 2055 and 2105. The loss of reservoir useful volume was 4,31% between 1975 and 2005, reaching 9,59% in 2105. The reservoir silting was also investigated through qualitative analysis of data, identifying influents that present higher degree of silting. The interference of reservoir useful volume variation in the hydropower electricity generation analysis was accomplished by using AcquaNet model. Promissão reservoir was investigated isolately. Simulations were done considering differents stage vs. area vs. volume curves to the years 1975, 2005, 2055, and 2105, besides the consideration of two minimal operational levels: 379,7 m, minimal reservoir level, and 381,0 m, minimal operational level in which the reservoir is operated to allow navigation. The interference of 130 years of reservoir silting in the monthly average provided by the hydropower system was not significant. Nevertheless, in the dry period, silting was responsible by a reduction of 335,69 MWh in the monthly average electricity excess, in the minimal operation level 381,0 m, and 471,16 MWh, in the minimal operation level 379,7 m.

O suprimento de energia elétrica a municípios localizados no interior da Região Amazônica é de consecução tecnicamente complexa, de alto custo e potencialmente gerador de impactos ambientais. Tais municípios não têm grande demanda por energia elétrica, entretanto, o direito ao acesso à mesma deve ser considerado e atendido. O objetivo deste estudo é avaliar a situação atual de suprimento de energia elétrica em municípios do interior da Região Amazônica, considerando suas especificidades e necessidades, bem como apresentar uma análise sobre a utilização do gás natural na geração da energia elétrica em subsituição aos combustíveis atualmente utilizados em cada caso. Para este estudo foram selecionados sete municípios da Região Amazônica: Anamã, Anori, Caapiranga, Coari, Codajás, Iranduba e Manacapuru, que poderão ser atendidos pelo gasoduto Urucu-Manaus. / The electric energy supply to cities located in the countryside of Amazon Region is technically complex, has high cost and is potentially a cause of environmental impact. Such cities don\'t have a big demand on electric energy; however, the right of access to electric energy must be considered and attended. The objective of this study is to evaluate the present situation of the electric energy supply in cities located in the countryside of Amazon Region, considering its needs and specific characteristics, as well as to present an analysis about the uses of natural gas in electric energy generation in substitution to the fuels used in each case. For this study were selected seven cities in Amazon Region: Anamã, Anori, Caapiranga, Coari, Codajás, Iranduba, and Manacapuru, which can be attended by the Urucu-Manaus Gas Pipeline.

No Brasil e em muitos países, principalmente países em desenvolvimento, os resíduos de poda urbana são na sua grande maioria depositados em aterros ou lixões contribuindo para a produção de metano, esgotamento das áreas dos aterros, contaminação do solo e dos lençóis freáticos. Assim, considerando o crescente problema ambiental e a busca pelo desenvolvimento sustentável, a nova Política Nacional de Resíduos Sólidos, recentemente regulamentada, proíbe, a partir de 2014, dispor em aterro sanitário qualquer tipo de resíduo que seja passível de reutilização ou reciclagem. Há premente necessidade do estudo e quantificação do potencial de utilização dos resíduos de poda urbana, quer pela reutilização, reciclagem pela compostagem ou aproveitamento energético. A utilização dos resíduos de poda urbana como fonte de energia, desde que viável econômica e tecnicamente, apresenta aspectos benéficos ao país: aumenta a segurança do sistema elétrico com a geração descentralizada a custos competitivos, reduz a importação de combustíveis fósseis, capta recursos internacionais decorrentes da possível venda de Certificados de Emissão de Carbono para os países do Anexo 1 (caso seja considerado do tipo Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, conforme prevê o Protocolo de Quioto) e pode até colaborar para reduzir o desmatamento de florestas nativas para fins energéticos. Esta tese utiliza como subsídios os resultados obtidos no projeto de Pesquisa & Desenvolvimento Aneel Estudo do Potencial de Utilização da Biomassa Resultante da Poda e Remoção de Árvores na Área de Concessão da AES Eletropaulo; financiado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e desenvolvido pelo Centro Nacional de Referência em Biomassa (Cenbio) do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da Universidade de São Paulo (USP) em parceria com a AES Eletropaulo. Assim, este trabalho analisa a atual situação de destinação dos resíduos de poda urbana e apresenta várias formas de aproveitamento como a reintegração destes resíduos aos respectivos ciclos biogeoquímicos (pela obtenção de composto orgânico por processo de compostagem), sua reutilização (artesanato ou obras de arte, bancos de jardins, etc.) ou seu aproveitamento energético, quer como lenha, carvão vegetal, briquete, ou in natura como combustível de usina termoelétrica. Sendo o objetivo central desta tese, estudar o potencial de utilização dos resíduos de poda urbana para a geração de energia elétrica, são analisados técnica, econômica e ambientalmente duas tecnologias: ciclo a vapor e digestão anaeróbia. Desta forma, a geração de energia elétrica proveniente da usina termoelétrica (ou melhor, uma pequena central termoelétrica) se mostrou mais viável economicamente do que a gerada na planta de digestão anaeróbia dos resíduos de poda urbana. Assim, espera-se que os resultados desta tese contribuam para que o pode público possa selecionar a tecnologia mais adequada para tratar os resíduos de poda urbana sob sua responsabilidade, além de adotar medidas de incentivos para esta prática. / In Brazil and in many countries, mainly in the development ones, the residues from urban pruning are, in its majority, deposited in landfills or dumps, contributing for methane production, exhaustion of the landfills areas, contamination of soil and of groundwaters. Therefore, considering the aggravating and increasing environmental problem and the search for sustainable development and the compliance with the new National Policy for Solid Residues, recently regulated, and which forbids, from 2014 on, to dispose in landfill any kind of residue that is suitable for reuse or recycling, there is an urgent need for study and quantification of the utilization potential of the urban pruning residues, whether by means of reutilization, recycling by means of composting or energy use. The use of urban pruning residues as energy source, as long as it presents itself as economically and technically viable, presents very beneficial aspects to the country: it increases the electric system security with the decentralized generation at competitive costs, reduces the importation of fossil fuels, attracts international resources due to the possible sale of Carbon Emission Certificates to the Annex 1 countries (in case it is considered as a Clean Development Mechanism, as established by the Kyoto Protocol) and it can even contribute to reduce the deforestation of native forests for energy finalities. This thesis uses, as subsidies, the results obtained in the Study of the Potential Use of Biomass from Trees Pruning and Removal on AES Eletropaulo\'s Concession Area Aneel Research & Development project; financed by the Brazilian Electricity Regulatory Agency (ANEEL) and developed by the Brazilian Reference Center on Biomass (Cenbio) of the Institute of Electrotechnics and Energy (IEE) of the University of São Paulo (USP) in partnership with AES Eletropaulo. This way, this essay analyzes the current situation of urban pruning residues destination and presents several ways of utilization such as the reintegration of such residues to the respective biogeochemical cycles (by the obtainment of organic compound by means of composting process), their reuse (handicraft or works of art, park benches, etc.) or its energy utilization, whether as firewood, charcoal, briquette or in natura as fuel for thermoelectric plants. Since the main objective of this thesis is to study the utilization potential for the urban pruning residues for electric power generation, two technologies are technically, economically and environmentally analyzed: steam cycle and anaerobic digestion. This way, the electric power generation proceeding from the thermoelectric plant (or rather, a small thermoelectric central) showed itself as more economically viable than the one generated at the anaerobic digestion plant of the urban pruning residues. Therefore, it is expected that the results from this thesis can contribute for the public power to be able to choose the most adequate technology in order to treat the urban pruning residues under its responsibility, besides adopting measurements for incentives for this practice.

Atualmente a medição de energia elétrica para residências em centros urbanos é realizada por meio de medidores eletromecânicos lidos de forma manual. Neste processo uma série de problemas foram observados, dos quais se destacam: erros de leitura, dificuldade de acesso ao ponto de medição, bancos de dados sem atualização, dentre outros. A automação do processo de medição e da leitura, com base nos medidores existentes ou com o uso de medidores eletrônicos da energia elétrica, além de resolver os problemas citados, tem potencialmente uma série de vantagens, que incluem: combate a fraudes e furto de energia, implementação de tarifas diferenciadas em função da hora de consumo (tarifa amarela), corte e religamento remoto de energia, implementação de programas de energia pré-paga, levantamento de curvas de carga e eliminação de erros e custos do processo de leitura manual. Por outro lado observa-se que existem no Brasil cerca de 43 milhões de medidores residenciais instalados, sendo relativamente baixos os custos dos medidores eletromecânicos e do sistema de leitura manual. Desta forma, somente será possível implementar sistemas de automação da medição de energia elétrica residencial se os sistemas ora propostos forem ao mesmo tempo de custo reduzido e altamente confiáveis. O sistema de automação em estudo irá considerar inclusive o aproveitamento dos medidores eletromecânicos existentes, com a instalação de sistemas eletrônicos de coleta dos dados de consumo comunicando-se com concentradores locais, que por sua vez são interligados a sistemas computacionais instalados dentro da concessionária. Os resultados do estudo mostram que hoje existe uma concreta possibilidade de se obter sistemas de automação da medição de energia elétrica residencial seguros e de custos reduzidos. O trabalho ora proposto será desenvolver um sistema automatizado para a medição de energia residencial em centros urbanos, constituído por um módulo concentrador para oito residências, com comunicação deste para um centro de operação da concessionária. Será apresentada a metodologia para a implementação do sistema e considerado um estudo de caso. / In these days, the energy measurement system for residences in urban areas is carried out by eletromechanical meters, which are read manually. Several problems have been observed in this process, which we can emphasize: reading errors, difficulty to access the measurement place, outdated databases, etc. The reading and the measurement automation processes, based in the current eletromechanical meters or with the electronic version of these equipment, besides solving the mentioned problems, have several advantages, such as: minimization of fraud and robbery of energy, implementation of differentiated rates depending on the time of the day (ex:yellow rate), remote energy switch-off and switch-on, implementation of a prepaid system, possibility to get the load curve of each consumer and elimination of error and costs embedded in the manually reading process. On the other hand, we can observe that in Brazil there are an estimated 43 millions residential meters already installed, and the costs for the current measurement system, and also of the meters, are very low. In this scenario, the implementation of a automated system for residential energy measurement is that the proposed system has a very low cost at the same time provides a high reliability. The proposed automation system will consider the reutilization of the current mechanical meters, with the installation of an electronic systems for the consumption data collection, communicating with local concentrators, which in their turn are linked to a computing systems in the energy company. The results of the present work show that, nowadays, there is a real possibility to get, a trustable and cheap automated measurement system for energy in residential urban area. The proposed work is the development of an automated system, for residential energy measurement in urban area. It's composed of a concentrator module for eight residences, with communication from this point to the energy company's operation center. It will be presented a methodology to implement such a system and also a case study.

O Brasil alavanca novamente sua economia, o desenvolvimento tão esperado durante as décadas de 80 e 90 é realidade. Esse crescimento exige novas tecnologias, novas pesquisas e uma infra-estrutura que suporte este crescimento.A energia elétrica faz parte dessa infra-estrutura, porem o país não esta preparado para esse desenvolvimento. Surge a possibilidade de cogeração de energia elétrica utilizando o bagaço de cana-de-açúcar. As usinas de açúcar e álcool já possuem essa prática com um volume de geração pequeno, com algum investimento esse volume de geração poderá ser aumentado, acrescentando cerca de 10% a matriz energética nacional. O objetivo do trabalho é apresentar uma análise da utilização de um subproduto da cana, o bagaço, como cogerador de energia elétrica. O presente trabalho apresenta a situação energética do país, algumas experiências já implantadas em alguns países no mundo e algumas opções para melhoria dos equipamentos utilizados nas usinas de açúcar e álcool. São mostradas as fontes alternativas de geração de energia elétrica estudadas no país, bem como a forma como a Eletrobrás planeja o programa energético nacional. O trabalho analisa mais detalhadamente a utilização do bagaço de cana-de-açúcar, que já é utilizado nas usinas do Estado de São Paulo para gerarem energia elétrica. São discutidos os possíveis sistemas viáveis e os problemas para a implantação deste nas usinas de açúcar e álcool. / Brazil impels its economy again. A development expected in \'80 and \'90 years it\'s real. This growth demands new technologies, new researches and bases that bear that growth. Electric power is in these bases, but Brazil is not ready for that. Electric power cogeneration possibility appears, using sugar cane bagasse. Alcohol and sugar plants have already that practice working with a low generation volume, with some investment this volume can be increased, adding about 10% to national energetic matrix. The aim of this work is present a short time alternative for national electric matrix. This work shows country electric situations, some experiences already implanted in some countries around the world and some options to equipment improvement used in alcohol and sugar plants. It\'s shown alternatives fonts of electric power generation studied on Brazil, as well how Eletrobrás projects its National Energetic Program. It analyses detailed bagasse cane sugar use, which is working on São Paulo plants to generate electric power. It\'s discussed possibles systems and troubles on its implantation on sugar and alcohol plants.

Atualmente, o setor elétrico se prepara para o terceiro ciclo de revisões tarifárias das distribuidoras. Com o cenário regulatório mais consolidado em termos de definição da receita requerida, os agentes estão voltando suas atenções para a necessária adequação e correção da estrutura de tarifas. De fato, a ANEEL definiu temas para os projetos de pesquisa e desenvolvimento (P&D) considerados estratégicos para o desenvolvimento do setor elétrico nacional, dentre eles, o de Estrutura Tarifária. Recentemente, a agência também divulgou consultas públicas que tratam da alocação dos custos de referência que formam as tarifas, dos sinais de preço e das tarifas para os consumidores atendidos em BT. Em sintonia com a discussão atual do setor de distribuição de energia elétrica, a tese defendida neste trabalho procura analisar a metodologia de cálculo das tarifas, sistematizando um conhecimento disperso em várias referências bibliografias. Para isso são discutidos os principais aspectos da teoria de precificação de ponta, abrangendo as abordagens americana, britânica e francesa, e pesquisada a conexão entre a lógica embutida na alocação horária dos custos e os critérios de dimensionamento do sistema de distribuição de energia elétrica. Visando refletir os custos decorrentes do atendimento de cada tipo de consumidor, indicando o melhor aproveitamento do sistema elétrico de distribuição, são apresentadas propostas de aprimoramentos e inovação cujos destaques são a mudança de paradigma da alocação dos custos de expansão somente no horário de ponta do sistema, a definição ex-post dos postos tarifários, a agregação média dos custos horários para formar as tarifas de referência dos postos tarifários e um estudo de caso com a aplicação da metodologia sobre as curvas de carga abstraídas do possível efeito do sinal tarifário existente. A tese defendida neste trabalho busca provar, então, que a metodologia atual, embora desenhada na época em que o setor elétrico era verticalizado, pode ser adaptada segundo os aprimoramentos e inovações propostas e, assim, aplicada ao ambiente atual no qual as empresas e as tarifas estão segregadas. / Currently, the electric energy sector is preparing for the third round of the distributors tariff revisions. Since the regulatory environment is more consolidated in terms of required revenue, the agents are turning their attention to the necessary adjustment and correction of the tariff structure. In fact, ANEEL (regulatory agency) set topics for R&D projects considered strategic for the development of national energy sector, among them, the Tariff Structure Project. Recently, the regulatory agency also announced public hearings dealing with the costs allocation, price signals and tariffs for low-voltage consumers. In line with this debate, the thesis finds to analyze the methodology for calculating tariffs, systematizing knowledge dispersed in various references. For this, it discusses the major aspects of peak pricing theory, including American, British and French approaches, and researches the connection between the logic built into the costs allocation by hour and the criteria for electricity distribution system planning. Aiming to reflect the costs of each customer type, indicating a better utilization of the distribution system, are proposed improvements and innovation whose highlights are: shifting the idea that expansion costs should be only allocated in peak time of the system, setting the periods after calculating the costs, changing how to derive the reference charges by average aggregation of the costs and applying the methodology on altered load curves. Finally, this thesis seeks to prove that the current methodology, although designed by the time in which the electricity sector was aggregated, can be adapted according to the proposed improvements and innovations, and thus applied to the current environment in which electric energy businesses and tariffs are separated in generation, transmission, and distribution and retail areas.

No mundo moderno a energia elétrica tem um papel fundamental; ela é a base do progresso e desenvolvimento mundial. O seu surgimento propiciou a melhora no saneamento, na saúde, no abastecimento de água e alimentos, na qualidade de vida e também fez surgir a sociedade capitalista e de consumo. A utilização do petróleo como fonte geradora de energia foi o impulso da revolução industrial e através dele foram desenvolvidos motores, geradores e máquinas que contribuíram para o progresso. Com isto veio também a emissão de gases (CO2, CO, SOX e NOX) e outras substâncias que agravaram o efeito estufa, o buraco na camada de ozônio e a chuva ácida alterando o equilíbrio do planeta. O desenvolvimento de outras formas de geração de energia provocou mudanças nos locais onde estas foram instaladas, impactando o meio ambiente. Este trabalho apresenta uma avaliação ambiental sobre as diferentes formas de geração de energia elétrica e os impactos ambientais pertinentes a cada uma delas. Inclui cinco formas de geração de energia elétrica: termelétrica, nuclear, hidrelétrica, eólica e solar. No tópico energia termelétrica apresenta-se a geologia do petróleo, a sua extração e beneficiamento. Mostra também a descoberta e o desenvolvimento da indústria petrolífera no mundo e no Brasil. Detalha o funcionamento de três tipos de centrais termelétricas: a carvão, a gás e a óleo. São relacionados os impactos ambientais comuns a elas e os característicos de cada tipo de usina. Assim como o decorrente da desativação de cada uma delas. É apresentado um pequeno histórico da energia nuclear, seu desenvolvimento no Brasil e no mundo, bem como o funcionamento de uma usina e os impactos causados durante a sua operação e seu descomissionamento. A história, o funcionamento e o avanço da energia hidrelétrica no Brasil, as grandes usinas e a sua relação com o meio ambiente, são mostrados juntamente com os impactos ambientais na sua implantação, operação e desativação. A energia eólica é mostrada desde a sua implantação e funcionamento até os impactos ambientais decorrentes do processo de geração de energia elétrica e da sua desativação. No caso da energia solar é apresentado o funcionamento dos painéis solares, a implantação da central e os impactos ambientais relacionados a utilização desta. Os impactos originados na sua desativação também são apresentados. Destacados os impactos ambientais para cada forma de geração de energia elétrica, estes são correlacionados e comparados pela área de implantação da usina, a capacidade de geração, a eficiência, a potência e o custo do kW. Não existe uma forma totalmente limpa de geração de energia elétrica. Existem, sim, formas que não emitem os gases responsáveis pelo efeito estufa. Assim, todas as formas de geração de energia são importantes para um país, ou seja, quanto mais diversificada for a matriz energética, melhor. / Electric energy has an important function in the modern world; it is fundamental for progress and development. The electricity discovery allowed improvements in several areas: health, water and food supply, quality of life and sanitary conditions, and contributed also to the establishment of the capitalist and consumption society. The use of oil as an energy generation source was the impulse for the industrial revolution and machines, motors and generators were developed contributing to the progress. This also brought the pollutant gases emission (CO2, CO, SOX and NOX) and other substances that had contributed to the greenhouse effect, the ozone hole and the acid rain, modifying the balance of the planet. The development and implementation of other forms of energy generation caused local changes, where they were installed, giving rise to environmental impacts. This work presents an evaluation about different forms of electrical energy generation and the environmental impacts relative to each one of them. Five forms of electric energy generation were considered: thermoelectric, nuclear, hydroelectric, wind and solar energy. The implementation and the development of the petroleum industry in the world and in Brazil are presented. The geology of the oil, its extraction and quality improvement, besides details of the functioning of three types of thermoelectric power plants - coal, gas and oil - are also discussed. The specific as well as the environmental impacts they have in common are highlighted. The impacts originated from the deactivation of each one of them are also pointed out. The discovery and the development of nuclear energy in Brazil and in the world as well as the functioning of a nuclear power plant, the impacts generated by its operation and decommissioning are presented. The history, functioning and development of hydroelectric energy generation in Brazil, characterized by the great plants, are related to environmental aspects The environmental impacts due to its implantation, operation and deactivation are also evinced. The wind power plant implantation and functioning and the environmental impacts involved in the process of electric energy generation and its deactivation are analyzed. The functioning of the solar panels, the implantation of the power plant and the environmental impacts related to the use of solar energy are discussed. The impacts resulting from the deactivation are also presented. Once outlined the environmental impacts from each form of electric energy generation, they were correlated and compared considering the area of the power plant implantation, the generation capacity, the efficiency, the power and the cost per kW. There is no totally clean form of electric energy generation. There is, however, generation without emission of gases responsible for the green house effect. Therefore, all forms of energy generation are important for a country; in other words, the best situation is the diversity of the energy matrix.

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.

A presente pesquisa teve como objetivo primordial a verificação da viabilidade técnica de empregar sistema do tipo célula a biocombustível para tratamento de esgoto sanitário com geração de energia elétrica. A célula a biocombustível, em escala de bancada, adotada foi constituída por reator anaeróbio seguido de reator aeróbio, visando à remoção de matéria orgânica carbonácea e à nitrificação Cada reator apresentou área de 0,6275 m2 e volume útil de 24,0 L. A célula a biocombustível foi alimentada com esgoto sanitário com tempo de detenção hidráulica médio de 8 horas (nos dois módulos). Em cada reator instalou-se um eletrodo imerso, de modo que os dois eletrodos foram unidos por fio condutor externo. Foi verificada a potencialidade do sistema em gerar energia elétrica a partir das reações químicas e bioquímicas que se deram junto aos eletrodos e nos biofilmes aderidos aos mesmos. A operação da célula a biocombustível foi dividida em cinco Fases, denominadas de I, II, III, IV e V, sendo que o fator principal que distinguiu essas Fases consistiu no material eletródico. Manta de fibra de carbono e placa de grafite foram adotadas como ânodo da célula (reator anaeróbio). Chapa de aço inoxidável (AISI 316) e malhas de aço inoxidável (AISI 316) foram usadas como cátodo do sistema (reator aeróbio). Para monitoramento do sistema foram realizadas análises físico-químicas do afluente, do efluente do reator anaeróbio e do efluente do reator aeróbio e para o acompanhamento da produção de energia elétrica utilizou-se potenciômetro acoplado a software específico. Microssensores de OD, pH e potencial redox foram empregados como ferramentas auxiliares para o acompanhamento do crescimento e desenvolvimento dos biofilmes aderidos aos eletrodos da célula a biocombustível. Como resultados concernentes ao tratamento do esgoto sanitário foram obtidas eficiências médias de remoção de DQO de (74,4±17,1)% e de nitrificação de (65,8±21,0)%, no decorrer das cinco Fases. O valor da maior densidade de potência média verificada foi de 107,0 mW.m-2, ocorrida quando o ânodo da célula a biocombustível consistiu em placa de grafite e o cátodo em malha de aço inoxidável (AISI 316) do tipo 20, na Fase V. A dosagem de cloreto férrico e a colocação de meio suporte de material plástico no sistema para limpeza automática do cátodo, realizadas na Fase em que se observou a maior densidade de potência média foram consideradas como positivas no aprimoramento da obtenção de energia elétrica. Por meio da combinação dos resultados relacionados à geração de energia elétrica e da aplicação dos microssensores constatou-se que o desenvolvimento de biofilmes espessos sobre os eletrodos da célula a biocombustível consiste em fator negativo da sua eficiência energética. Concluiu-se que a célula a biocombustível é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto com geração de energia elétrica, contudo diante do conhecimento que se tem sobre essa tecnologia, a sua adoção em escala real ainda é economicamente inviável. / This research aimed mainly to verify the technical feasibility of employing a system called biofuel cell for treating wastewater and generating electricity at the same time. The biofuel cell, in lab scale, adopted consisted of an anaerobic followed by an aerobic reactor, aiming the removal of carbonaceous organic matter and nitrification. Each reactor had an area of 0.6275 m2 and useful volume of 24.0 L. The biofuel cell was fed with sanitary wastewater with hydraulic retention time of eight hours (in both modules). In each reactor was installed an electrode immersed, and the two electrodes were connected by a wire conductor. The capability of the system to generate electricity from the chemical and biochemical reactions that occurred along the electrodes and in biofilms attached to them was verified. The biofuel cell operation was divided into five Phases, named I, II, III, IV and V, and the main factor that distinguished these Phases consisted of the electrode material. Carbon fiber felt and graphite plate were adopted as the anode of the cell (on anaerobic reactor). Stainless steel plates (AISI 316) and stainless steel meshes (AISI 316) were used as the cathode (on aerobic reactor). Monitoring system were carried out with physicochemical analyzes of the influent, anaerobic effluent and aerobic effluent and for monitoring the electricity production it was used a potentiometer coupled with a specific software. DO, pH and redox potential microsensors were employed as auxiliary tools for monitoring the growth and development of biofilms attached to the electrodes of the biofuel cell. The results concerning the treatment of wastewater were COD efficiencies removal of (74.4 ± 17.1)% and nitrification of (65.8 ± 21.0)%, throughout the five Phases. The amount of the higher power density observed was 107.0 mW.m-2 occurred when the anode of the biofuel cell consisted of graphite plate and cathode of stainless steel mesh (AISI 316) type 20, on Phase V . The dosage of ferric chloride and the placement of plastic midia on the aerobic module of the system for automatic cleaning of the cathode, conducted on Phase V, were considered positive for the improvement in obtaining electricity. By combining the results related to power generation and application of microsensors it was concluded that the development of thick biofilms on the electrodes of a biofuel cell is a negative factor in their energy efficiency. It was also concluded that the biofuel cell is technically feasible to treat sanitary wastewater and to generate electricity, but actually, based on the knowledge we have about this technology, its adoption in large scale is still not economically feasible.

O biohidrogênio, obtido a partir da fermentação de carboidratos, surge como alternativa aos combustíveis derivados de petróleo. O hidrogênio possui elevada densidade energética (141,9 J/kg) e a sua queima não emite carbono na atmosfera. Além disso, tecnologias modernas como as Células a Combustível Microbianas (CCM) estão sendo desenvolvidas para produção de energia elétrica a partir de matérias primas renováveis. O funcionamento dessas células envolve algumas reações, entre elas a oxidação dos compostos orgânicos, catalisada por microrganismos. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi combinar duas formas de obtenção de energia renovável: a produção fermentativa de hidrogênio por uma cepa de Clostridium beijerinckii Br21 e o aproveitamento dos subprodutos dessa fermentação na geração de energia elétrica, através de uma CCM com um consórcio de microrganismos. Foi realizado um estudo de diferentes composições de meio de cultura para a produção fermentativa de H2 pelo C. beijerinckii Br21 visando aumentar a concentração de ácidos orgânicos a partir da glicose. Como principais subprodutos da fermentação foram detectados os ácidos lático, acético e butírico nas concentrações de 0,26, 0,30 e 2,90 g/L, respectivamente. Desse modo, uma CCM, na qual uma cultura mista de microrganismos cresceu no bioânodo foi alimentada com estes ácidos orgânicos separadamente (cerca de 1 g/L) e, posteriormente, com o efluente da produção de H2 para geração de energia elétrica. Em 7 dias de operação da CCM, a densidade de potência média se estabilizou em 1,2, 0,50, 0,62, 0,73 e 0,60 W/m2 nas CCMs alimentadas com os ácidos acético, butírico, lático, a mistura dos ácidos e com o efluente, respectivamente. Além disso, foi verificado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) que o ácido lático, o ácido butírico e o efluente da fermentação promoveram maior crescimento do biofilme. Entretanto, na CCM alimentada com ácido acético, a qual teve o menor crescimento do biofilme, foi obtida a maior densidade de potência (1,2 W/m2). Portanto, nota-se que é possível combinar processos para aproveitar a energia contida em subprodutos da fermentação de H2 para gerar outro tipo de energia: a energia elétrica em uma célula a combustível microbiana. Desta forma as matérias primas renováveis podem ser aproveitadas de forma integral. / Biohydrogen obtained from carbohydrate fermentation constitutes an alternative to fuel oil derivatives. Hydrogen has high energy density (141.9 J/kg), and its burning does not release carbon into the atmosphere. Moreover, modern technologies such as Microbial Fuel Cells (MFCs) are being developed to produce electric energy from renewable raw materials. These cells operate through reactions, like organic compound oxidation, catalyzed by microorganisms. This study has combined two ways of obtaining renewable energy: fermentative hydrogen production by Clostridium beijerinckii Br21 strain and use of fermentation byproducts in electric energy production by a MFC associated with a microorganism consortium. Different culture medium compositions were evaluated for fermentative hydrogen production by C. beijerinckii Br21 in an attempt to increase the concentration of organic acids originating from glucose. The main fermentation byproducts were lactic, acetic, and butyric acids at concentrations of 0.26, 0.30, and 2.90 g/L, respectively. The MFC containing a mixture of microorganisms grown on the bioanode was fed with these organic acids separately (approximately 1 g/L) and subsequently fed with effluent from hydrogen production to generate electric energy. On day 7 of MFC operation, the average power density stabilized at 1.2, 0.50, 0.62, 0.73, and 0.60 W/m2 in MFCs fed with acetic acid, butyric acid, lactic acid, a mixture of the acids, and the effluent, respectively. Scanning Electron Microscopy (SEM) and quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) revealed that lactic acid, butyric acid, and fermentation effluent promoted higher biofilm growth. However, the MFC fed with acetic acid provided the lowest biofilm growth and the highest power density (1.2 W/m2). Therefore, it is possible to combine processes to take advantage of the energy contained in hydrogen fermentation byproducts to generate another type of energy: electric energy in a microbial fuel cell. In this way, entire renewable raw materials can be used.