Submitted by MARIA BEATRIZ SARTOR ORLANDO null (biasartor@hotmail.com) on 2016-03-29T02:03:57Z No. of bitstreams: 1 Entrega final - Dissertacao Mestrado - Bia23.03.2016.pdf: 8455319 bytes, checksum: c784bb4e3ccacec60977bc5ea7ef0d9e (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-03-29T19:31:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 orlando_mbs_me_bot.pdf: 8455319 bytes, checksum: c784bb4e3ccacec60977bc5ea7ef0d9e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-29T19:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 orlando_mbs_me_bot.pdf: 8455319 bytes, checksum: c784bb4e3ccacec60977bc5ea7ef0d9e (MD5) Previous issue date: 2016-02-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O crescente aumento dos custos energéticos e ambientais no setor da construção civil tem levado ao surgimento e à adoção de materiais e soluções construtivas que ofereçam menor impacto ambiental e menores gastos na produção das edificações. Considerando-se a importância progressiva que sistemas construtivos não convencionais vêm adquirindo, frente aos elevados custos da energia e da produção, torna-se importante analisar a eficiência energética como mais um indicativo da eficácia dos sistemas de produção de edificações. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo mensurar os conteúdos energéticos dos materiais utilizados na construção de modelos arquitetônicos habitacionais propostos pelo Programa Nacional de Habitação Rural (PNHR) e implantados nos municípios de Itararé e São Miguel Arcanjo, interior do estado de São Paulo, para obter uma estimativa da energia empregada na construção de uma moradia que apresente condições adequadas de ambiência aos trabalhadores rurais e agricultores familiares. Para tal, a execução da unidade de habitação foi dividida em cinco etapas de construção a serem analisadas: fundação, piso, fechamento (alvenaria), revestimento e cobertura. Informações e dados sobre os projetos, técnicas construtivas e os materiais empregados na execução das unidades habitacionais foram obtidos em visitas realizadas a campo, diretamente com os técnicos responsáveis pelas obras e através de material disponibilizado pela Federação dos Trabalhadores na Agricultura Familiar do Estado de São Paulo (Fetaesp), entidade responsável pela implantação das unidades estudadas em Itararé e São Miguel Arcanjo. Ao realizar a avaliação energética dos materiais de construção utilizados, verificam-se os níveis de dependência energética das etapas construtivas e, assim, compreendem-se as necessidades de adequação do projeto do modelo arquitetônico habitacional proposto pelo PNHR. Para mensurar o consumo da energia dos materiais de construção foram empregados coeficientes energéticos encontrados na literatura, utilizados e calculados por autores que estimaram a energia empregada na construção de diferentes tipologias de edificação. Foram consideradas a energia embutida nos materiais de construção e o dispêndio energético do trabalho humano nos processos construtivos de execução da unidade de habitação. O trabalho analisou as condições da ambiência oferecidas pelo modelo habitacional sob o olhar da proposta do projeto arquitetônico em conformidade com as especificações e diretrizes mínimas exigidas pelo Programa. A unidade habitacional implantada em Itararé consumiu um total de 271.011,52 MJ, enquanto o modelo de São Miguel Arcanjo apresentou um consumo energético de 262.980,99 MJ. Da energia total empregada na construção das unidades os itens fundação, piso, fechamento, revestimento e cobertura representaram 32,47, 0,38, 20,29, 8,29 e 38,57%, respectivamente, no modelo de Itararé e, 37,46, 0,43, 19,85, 7,39 e 34,87% na unidade de São Miguel Arcanjo. O aço e o forro de PVC foram os materiais com os maiores índices energéticos. A análise da ambiência, realizada a partir das soluções adotadas no projeto arquitetônico, demonstrou que ambos os modelos habitacionais implantados foram desenvolvidos com preocupação em atender às expectativas quanto aos aspectos de ambiência, conforme diretrizes mínimas exigidas pelo Programa Nacional de Habitação Rural. Foram sugeridas algumas alterações no layout com o objetivo de melhorar o aproveitamento dos espaços das unidades habitacionais, aumentando a funcionalidade dos ambientes e o conforto e bem estar do usuário. / The ongoing increase of energetic and environmental costs of the civil construction sector has been promoting the development and use of environmentally friendly materials and constructive solutions that may yield lesser expenses during construction. Given the increase of importance that these alternative systems has been gaining, and taking into consideration the increase of energy and production costs, it becomes important to analyze the energetic efficiency as an indicator of effectiveness of the edification production system. Given this, this present work aims to measure the energetic content of the materials used in the construction of a housing architectonic model proposed by the National Program of Rural Housing (NPRH) implemented in the counties of Itararé and São Miguel Arcanjo, in the state of São Paulo, to obtain an estimative of energy used during the construction of a house that presents the adequate conditions of ambience to the rural employees and familiar farmers. For such, the execution of this housing unit was divided in five steps of construction to be analyzed: foundation, floor, finishing, coverings and coverage. Information and data of the project, constructive techniques and the materials used during the execution of the housing units were obtained during visits to the field, directly with the responsible technicians for the constructions and through materials supplied by the Federation of Workers in Family Farming of the state of São Paulo (Fetaesp), responsible entity for the NPRH implementations in Itararé and São Miguel Arcanjo. While carrying out energetic analysis of the materials used during the construction, the level of energetic dependence was analyzed during the constructive steps and, therefore, the need of a project adequacy of the architectonic housing model proposed by the National Program of Rural Housing is comprehended. To measure the energetic consumption of the materials used in the construction, energetic coefficients were used found in the literature, used and calculated by the authors that had estimated the used energy in the construction of different typology of edifications. The embedded energy of the materials used in the construction and the energetic cost of human labor in the constructive process were considered. This work has analyzed the ambience conditions offered by the housing model under the proposal of the architectonic project in accordance with the minimum specifications and guidelines demanded by the program. The housing unit located in Itararé consumed a total of 271,011.52 MJ while the model of São Miguel Arcanjo had an energy consumption of 262,980.99 MJ. Of the total energy used in the construction of the units, the items foundation, floor, masonry, finish coating and coverage represented 32,47, 0,38, 20,29, 8,29 e 38,57%, respectively, in the unit of Itararé, and 37,46, 0,43, 19,85, 7,39 e 34,87% in the unit of São Miguel Arcanjo. The steel and the PVC lining were the materials with the highest energy contents. The analysis of the ambience, held from the solutions adopted in architectural design, showed that both implanted housing models were developed with concern to meet the expectations of the ambience aspects, according to the minimum guidelines required by the National Program of Rural Housing. Some changes were suggested in the layout in order to improve the use of spaces housing units, increasing the functionality of the environments and the comfort and welfare of the user.

Dans le cadre de la modélisation et de l’expérimentation multi-échelles (projet LabEx MMCD pour les matériaux pour la construction durable) de l’Université Paris-Est Marne-la-Vallée, cette thèse de doctorat vise à modéliser et caractériser les micro-matériaux conçus par impact de gouttelettes de céramique fondue. Les applications de ces matériaux revétus de couches minces sont des traitements de surface pour la construction durable tels que la protection anti-corrosion, les barrières thermiques, le traitement du verre ou les renforts mécaniques. En particulier, nous nous concentrons sur la physique associée à la dynamique des gouttelettes liquides (l'aire de contact et le temps de contact entre la gouttelette et la surface) en effectuant une série de simulations numériques pour les écoulements diphasiques à petite échelle avec le code maison Thetis. Nous avons considéré des variations des conditions d'impact initiales ainsi que l’influence des forces d'inertie, capillaire et visqueuses sur la dynamique des gouttelettes. Nous nous sommes intéressés en particulier au diamètre d'étalement maximal, au temps d’étalement maximal et au temps de contact, sur des surfaces solides de mouillabilité variable. Le code est basé sur l’utilisation d’une méthode Volume-Of-Fluid. Il introduit une fonction auxiliaire régularisée pour estimer la courbure locale et la normale à l'interface. Les principaux liquides de référence adoptés sont l'eau et la céramique fondue, l'eau est choisie pour valider notre code en comparant les simulations aux résultats expérimentaux. La céramique fondue est adoptée car elle est largement utilisée en projection thermique pour créer des barrières thermiques et chimiques (couches anti-oxydantes) ainsi que des renforts mécaniques sur des échantillons spécifiques. Nous nous concentrons sur les cas où les surfaces sont hydrophobes, même si les cas hydrophiles sont également considérés dans les configurations de validation pour des raisons de généralité. Egalement, en introduisant une partie de calcul de l'énergie dans la thèse, une analyse énergétique détaillée de la gouttelette après l'impact est effectuée dans les phases d'étalement et de rétraction pour bien comprendre la dynamique à l'intérieur de la gouttelette. Nous trouvons que le temps de projection est inversement proportionnel à la vitesse d’impact, indépendamment de l’angle de contact lors de l’étalement au temps courts. Une nouvelle mise à l'échelle entre l'étalement maximal et le temps d'étalement est proposée. Celle-ci s'accorde très bien avec les résultats expérimentaux. Par ailleurs, nous introduisons cette mise à l’échelle dans une classe de modèle basée sur la conservation de l’énergie pour prédire l’étalement maximal adimensionné, ce qui permet de mieux prévoir l’étalement maximal adimensionné. Pour finir, une mise à l'échelle du temps de contact est proposée en termes de nombre d'Ohnesorge et de Reynolds / Under the framework of the LabEx Multi-Scale Modelling and Experimentation of Materials for Sustainable Construction, of Université Paris-Est Marne-La-Vallée, the present PhD thesis aims at modelling and characterizing micro-material designed by impact of molten ceramic droplets. The applications of thin coating materials are surface treatments for sustainable construction such as anti-corrosion, heat barrier, glass treatment or mechanical reinforcement of specific structures.In particular, we focus on the physics behind the liquid droplets' dynamics (the contact area and the contact time between the droplet and surface) by conducting a series of small scale multiphase flow numerical simulations with home-made code Thetis. All simulations are axisymmetric. We have considered variations of initial impact conditions, and studied the influence of inertial, capillary and viscous forces on the droplets' dynamics, especially the maximum spreading diameter, spreading time and the contact time, on solid surfaces. The code is based on Volume-Of-Fluid techniques and introduces an auxiliary smooth function to estimate the local curvature and the normal to the interface. The major reference liquid adopted are the water and the molten ceramic, the water is chosen to validate our code against available experiments at the beginning. The molten ceramic is adopted as it is widely used in thermal spray to built thermal and chemical barriers (anti-oxidant layers) as well as mechanical reinforcements on specific samples. We focus on the cases in which the surfaces are hydrophobic, even if hydrophilic cases are also considered in validation configurations for the sake of generality. Meanwhile, by introducing an energy calculation part in the code, a detailed energetic analysis of the droplet after impact is performed in both the spreading and retraction stage to have a deep understanding of the dynamics inside the droplet.We find the jetting time is inversely proportional to the impact velocity, independent of the contact angle in the early spreading. A new scaling between maximum spreading and spreading time is observed, and agrees well with experimental results. Further, we introduce this scaling into the model based on energy conservation to predict the maximum spreading factor, which provides better prediction on maximum spreading factor than existing literature references. Also a scaling of contact time is proposed in terms of Ohnesorge number and Reynolds number

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-05Bitstream added on 2014-06-13T19:01:59Z : No. of bitstreams: 1 silva_gh_dr_botfca.pdf: 1372960 bytes, checksum: 5eada37cbc0a12038f524f385e9c1bcb (MD5) / Outros / A crescente preocupação com o meio ambiente e, especificamente, com as mudanças climáticas globais, impõem a necessidade de diversificar a atual matriz energética, com prioridade para fontes renováveis e limpas. Diante disso, com a implementação do PNPB, procurou-se introduzir o biodiesel na matriz energética brasileira. Com a lei, o biodiesel necessário para a mistura, produzido preferencialmente a partir de matérias-primas produzidas por meio da agricultura familiar, recebe incentivos. Neste aspecto, a mamona por ser produzida principalmente por pequenos produtores, é uma das que são previstas para o uso na produção de biodiesel. Assim, este estudo tem por objetivo determinar a eficiência econômica e energética da cultura da mamona nas regiões Oeste e Centro Ocidental do Paraná e Zona da Mata e Sul de Minas Gerais. Na seleção dos produtores de mamona, aplicou-se o processo não probabilístico, especificamente, a amostra se deu por acessibilidade. Através do método de simulação de Monte Carlo, verificou-se as probabilidades de ocorrência dos índices de eficiência econômica, cultural e energética. Constatou-se, nesta pesquisa, que o sistema de produção das regiões Oeste e Centro Ocidental do Paraná na safra 2006/2007 não se mostrou rentável. O preço foi a variável que mais afetou a rentabilidade, seguida da produtividade e dos custos operacionais. Constatou-se, ainda, que a probabilidade do índice de eficiência econômica ser menor que um foi de 69,57% para os produtores da região Oeste e 63,31% para os da Centro Ocidental e os custos médios de produção nestas regiões estiveram acima do preço mínimo de R$ 0,56/kg. Com relação aos sistemas de produção da mamona em Minas Gerais na safra 2005/2006, constatou-se que as variáveis preço e produtividade foram as mais sensíveis para os produtores da Zona da Mata, enquanto... / The crescent concern about the environment and, specifically, about the climatic global changes, demands the necessity to diversify the present energetic matrix, giving priority to renewable and clean sources. So, with the implementation of PNPB, the biodiesel was introduced to the Brazilian energetic matrix. With the law, the necessary biodiesel for the mixture, produced from raw-materials coming from family agriculture, receives incentives. This way, the castor bean is one of the chosen to be used in the biodiesel production, because it is mainly produced by small producers. So, the objective of this study is to determine the economical and energetic efficiency of the castor bean culture in the west and middle-occidental regions of Paraná and “Zona da Mata” and South of Minas Gerais. In the selection of castor bean producers, the non-probabilistic project was applied, specifically; the sample was given by accessibility. Through the method of simulation “Monte Carlo”, we verified the probabilities of occurrence of the economical, cultural and energetic efficiency indexes. We established, during the survey, that the production system in the west and middleoccidental regions of Paraná in the season 2006/2007 was not profitable. The price was the variable that affected profitability the most, followed by productivity and operational costs. We also established that the probability of the economical efficiency index to be lower than one was 69,57% for producers from the west region and 63,31% for the ones from the middleoccidental region and the medium... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Maura Seiko Esperancini / Banca: Alessandro Antonangelo / Banca: Elias José Simon / Banca: José Geraldo C. do Amaral / Banca: Luis Carlos Ferreirade Almeida / Resumo: A crescente preocupação com o meio ambiente e, especificamente, com as mudanças climáticas globais, impõem a necessidade de diversificar a atual matriz energética, com prioridade para fontes renováveis e limpas. Diante disso, com a implementação do PNPB, procurou-se introduzir o biodiesel na matriz energética brasileira. Com a lei, o biodiesel necessário para a mistura, produzido preferencialmente a partir de matérias-primas produzidas por meio da agricultura familiar, recebe incentivos. Neste aspecto, a mamona por ser produzida principalmente por pequenos produtores, é uma das que são previstas para o uso na produção de biodiesel. Assim, este estudo tem por objetivo determinar a eficiência econômica e energética da cultura da mamona nas regiões Oeste e Centro Ocidental do Paraná e Zona da Mata e Sul de Minas Gerais. Na seleção dos produtores de mamona, aplicou-se o processo não probabilístico, especificamente, a amostra se deu por acessibilidade. Através do método de simulação de Monte Carlo, verificou-se as probabilidades de ocorrência dos índices de eficiência econômica, cultural e energética. Constatou-se, nesta pesquisa, que o sistema de produção das regiões Oeste e Centro Ocidental do Paraná na safra 2006/2007 não se mostrou rentável. O preço foi a variável que mais afetou a rentabilidade, seguida da produtividade e dos custos operacionais. Constatou-se, ainda, que a probabilidade do índice de eficiência econômica ser menor que um foi de 69,57% para os produtores da região Oeste e 63,31% para os da Centro Ocidental e os custos médios de produção nestas regiões estiveram acima do preço mínimo de R$ 0,56/kg. Com relação aos sistemas de produção da mamona em Minas Gerais na safra 2005/2006, constatou-se que as variáveis preço e produtividade foram as mais sensíveis para os produtores da Zona da Mata, enquanto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The crescent concern about the environment and, specifically, about the climatic global changes, demands the necessity to diversify the present energetic matrix, giving priority to renewable and clean sources. So, with the implementation of PNPB, the biodiesel was introduced to the Brazilian energetic matrix. With the law, the necessary biodiesel for the mixture, produced from raw-materials coming from family agriculture, receives incentives. This way, the castor bean is one of the chosen to be used in the biodiesel production, because it is mainly produced by small producers. So, the objective of this study is to determine the economical and energetic efficiency of the castor bean culture in the west and middle-occidental regions of Paraná and "Zona da Mata" and South of Minas Gerais. In the selection of castor bean producers, the non-probabilistic project was applied, specifically; the sample was given by accessibility. Through the method of simulation "Monte Carlo", we verified the probabilities of occurrence of the economical, cultural and energetic efficiency indexes. We established, during the survey, that the production system in the west and middleoccidental regions of Paraná in the season 2006/2007 was not profitable. The price was the variable that affected profitability the most, followed by productivity and operational costs. We also established that the probability of the economical efficiency index to be lower than one was 69,57% for producers from the west region and 63,31% for the ones from the middleoccidental region and the medium... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

In the present work it is evaluated the possibility of incorporating the production of hydrogen through the steam reforming of ethanol in a sugar-alcohol plant. The analysis is made using as a model an existing plant located in São Paulo, the Pioneros Distillery. An energetic and exergetic analysis is performed. Three operating scenarios were analyzed. In the first configuration the plant only generates electricity to supply its internal needs. In a second scenario the plant uses all the bagasse to generate electricity, targeting to sell electric power. Finally it was considered the possibility to incorporate the hydrogen production by ethanol steam reforming. The capacity of the plant to produce hydrogen is evaluated. The surplus bagasse is used to generate the electricity and thermal energy required for hydrogen production. A part of the anhydrous alcohol is used in the reformer for hydrogen production. An energetic study of the plant is developed based on the first law of thermodynamics. Some important parameters related to the thermal system performance are evaluated like: steam consumption in the process, specific consumption of steam turbines; and those properly related to plants of sugar-ethanol sector as: electrical or mechanical power generated from one ton of sugarcane and power generated from a given amount of bagasse burned in the boiler. It is considered the possibility of generating electricity using bagasse, which could be sold to the local energy concessionaire. Characteristic parameters of a cogeneration system (α and β) are also evaluated, these parameters depend on the characteristics of the thermodynamic system and the operating strategy. The system energy losses, excluding those located in the boiler and the electric generator, are higher in scenario 2 than in scenario 1. The efficiency is 70% in Scenario 1 and 57% in scenario 2. In scenario 3, the plant's potential for hydrogen generation is 4,467,000Nm3/year (951Nm3/h). To achieve this, the new process uses 7 % of the anhydrous ethanol produced in the plant, which implies a surplus of 37 lethanolanhydro/tcane available for sale. In this configuration all the bagasse is used for electricity and heat generation required for the hydrogen production. The hydrogen could be used for fuel cell vehicles. The plant is able to supply 68 buses with autonomy of 200 to 300 km per day. The incorporation of the hydrogen production process by steam reforming represents an attractive alternative to the sugar-alcohol sector.

A descentralização do setor de eletricidade brasileiro associado à premente necessidade de aumento da oferta de energia elétrica tem fomentado a busca por fontes alternativas para produção de energia elétrica. Este fato motiva empresas do setor sucroalcooleiro a produzir eletricidade a partir da queima do bagaço de canade- açúcar em sistemas de cogeração, elevando dessa forma a capacidade de geração de energia elétrica exatamente no período de menor oferta hídrica. A geração de eletricidade a partir da biomassa canavieira revela-se uma opção interessante, pois além de ser produzida de forma distribuída e próxima aos centros consumidores, tem criado oportunidades a destilarias e usinas de açúcar para aumentarem seus portfólios de produtos. Nesse aspecto, o presente estudo se propõe a apresentar e discutir possibilidades de cogeração de energia elétrica em usinas autônomas (destilarias) em diferentes condições de processo e operação. Para atender a estes propósitos, foram definidos cenários de cogeração e desenvolvidos modelos para simulação e análise da produção de energia térmica e elétrica bem como estimar os impactos ambientais associados, considerando um sistema de cogeração que opera através do ciclo Rankine, que é o sistema mais utilizado pelas usinas brasileiras. Os cenários foram analisados a partir das técnicas de Análise Exergética (Análise Termodinâmica de Primeira e Segunda Lei) e Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Adotou-se para o caso da avaliação ambiental um enfoque do berço ao portão da fábrica, conforme diretrizes metodológicas descritas nas normas ISO 14040 e 14044. A unidade funcional adotada foi gerar 1,0 MWh de eletricidade excedente em sistema de cogeração energética. O sistema de produto compreende as cargas ambientais da etapa industrial e da produção agrícola da cana-de-açúcar. Especialistas no setor e pesquisadores da área sugerem concentrar esforços de melhoria de desempenho termodinâmico na elevação das propriedades de estado do vapor na saída da caldeira de 20 bar até 100 bar, e simulação de sistemas de cogeração com reaquecimento e regeneração, que são melhorias técnicas próprias de centrais termelétricas, mas com potencial de aproveitamento pelo setor sucroalcooleiro. Os cenários foram projetados com base em diferentes combinações dessas condições considerando duas possibilidades de utilização da biomassa como fonte de energia térmica: exclusivamente bagaço de cana-de-açúcar; e uma composição de bagaço e palha. A comparação dos desempenhos termodinâmicos e ambientais dos cenários ocorreu principalmente em termos da geração específica de eletricidade, da eficiência exergética, do perfil destruição de exergia ao longo do ciclo e dos perfis de impactos ambientais potenciais. Os resultados obtidos indicam que a eficiência exergética é aumenta com a elevação das funções de estado do vapor superaquecido na alimentação da turbina, e ao aumento do grau de complexidade do ciclo Rankine, conseguido à medida que arranjos com reaquecimento e regeneração são integrados ao ciclo. Esses arranjos mostraram-se efetivos na melhoria dos desempenhos exergético e ambiental dos sistemas de cogeração a partir da queima do bagaço e da palha da cana-de-açúcar. Em termos de desempenho ambiental, observou-se a redução sistêmica de efeitos negativos associada ao aumento da eficiência do ciclo termodinâmico. Os resultados da ACV ratificaram também, que a melhoria da eficiência exergética do sistema é seguida de redução de impactos ambientais. Os melhores resultados ambientais, tanto em termos relativos, como absolutos, foram obtidos aproveitando a palha como fonte de energia térmica na caldeira, na condição de geração de vapor a 100 bar e 511 oC, com ciclo Rankine que utiliza reaquecimento e regeneração simultaneamente, numa proposta chamada de ciclo Resultante, cuja redução de impactos ambientais ocorreu entre 5,3% e 15,6% nas categorias analisadas. / The decentralization of the Brazilian electricity sector in association with the internal electricity supply crisis has encouraged companies in the sugarcane industry to produce electricity by burning sugarcane bagasse in cogeneration plants. This approach reduces the environmental impact of the sugarcane production and has opened up opportunities for distilleries and annex plants to increase their product portfolios. Potential scenarios for technically and environmentally improving the cogeneration performance were analyzed by using Thermodynamic analysis and Life Cycle Assessment (LCA). The method used in this study aimed to provide an understanding and a model of the electrical and thermal energy production and the environmental impacts of conventional vapor power systems which operate with Rankine cycle that are commonly used by Brazilian distilleries. Vapor power system experts have suggested focusing on the following technical improvement areas: increasing the properties of the steam from 20 to 100 bar, regeneration and reheating. The case scenarios were projected based on different Rankine cycle configurations and two possibilities of biomass utilization: only sugarcane bagasse or sugarcane bagasse with straw. The LCA was carried out according to ISO 14040 and 14044 regulations, with focus from cradle to gate. A Functional unit of: \"To delivery 1.0 MWh of electricity to the power grid using cogeneration system\" was defined. The product system covers the environmental burdens of the industrial stage and the agricultural production of sugarcane. Thermodynamic evaluation indicated that the energy efficiency and the potential net power exported to the grid increase as the pressure at which the vapor leaves the boiler increases. From the LCA, it was noted that the improved energy performance of the system is accompanied by reduced environmental impacts for all evaluated categories. In addition, vapor production at 100 bar and 511 °C resulted in greater environmental gains, both in absolute and relative terms. Reheating and regeneration concepts were found to be considerably effective in improving the energy and environmental performance of cogeneration systems by burning sugarcane bagasse and straw. For the evaluated categories, the results indicated that the proposed modifications are favorable for increasing the efficiency of the thermodynamic cycle and for decreasing the environmental impacts of the product system. The best results were obtained using bagasse and straw in the boiler furnace and using reheat-regenerative Rankine cycle. In this case it was noted a reduction between 5.3% and 15.6% over all impact categories analysed.

Submitted by JOSÉ RAMON COPA REY null (jcoparey@gmail.com) on 2018-09-14T03:34:23Z No. of bitstreams: 1 Tesis José R. Copa Rey.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) Previous issue date: 2018-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O bagaço e a palha são resíduos do processamento industrial da cana-de-açúcar que constituem uma importante fonte de recurso para cogeração de energia no setor sucroalcooleiro. Os sistemas de cogeração neste setor geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo e o excedente é vendido as concessionárias de energia. Porém, estes sistemas encontram-se bem abaixo do potencial real. Uma alternativa tecnológica que poderá contribuir com a oferta de excedentes de energia elétrica é a introdução da tecnologia BIG-GT (gaseificadores de biomassa associados a turbina a gás e caldeira de recuperação). O presente trabalho, tem como objetivo o estudo termoeconômico da incorporação desta tecnologia em usinas sucroalcooleiras como alternativa para o aumento de geração de eletricidade. As análises energéticas e exergéticas foram realizadas para quatro possíveis configurações de uma usina sucroalcooleira com a integração da tecnologia BIG-GT com o objetivo de avaliar a eficiência de geração de eletricidade e vapor de processo, bem como o aproveitamento global de energia de cada uma delas. Na análise termoeconômica, é determinado o custo de produção de gás de gaseificação, eletricidade e vapor do processo no sistema proposto, assim como, tempo de recuperação do investimento. Na parte final do trabalho foi realizada a otimização multiobjetiva do sistema considerando três funções objetivo: tecnológica, econômica e ambiental, para identificar a configuração com melhor comportamento. De acordo com os resultados obtidos no estudo conclui-se que o caso III que estuda a gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado e mistura de oxigênio-vapor de gaseificação e o caso IV que além da gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado com mistura de oxigênio-vapor estuda a queima suplementar de palha na caldeira de recuperação, apresentam-se como as melhores das opções propostas. / Bagasse and straw are residues from the industrial processing of sugarcane that constitute an important source for cogeneration of energy in the sugar-alcohol sector. The cogeneration systems in this sector generate mechanical or electrical power and steam, which are used in the process itself and the surplus is sold to energy distribution companies. However, these systems are well below real potential. One of the technological alternatives that may improve the supply of surplus electricity is the introduction of BIG-GT technology (biomass gasifier associated with gas turbine and Heat recovery steam generator). In this work, it is proposed to conduct thermoeconomic studies of the incorporation of this technology in the sugarcane ethanol plants as an alternative to increasing the supply of electricity generation. The energetic and exergetic analyses were performed for four possible configurations of a sugarcane ethanol plant with the integration of BIG-GT technology with the objective of evaluating the efficiency of electricity generation and process steam as well as the global energy utilization of each one of them. In the thermoeconomic analysis, it is determined the cost of production of producer gas, electricity and steam of the process in the proposed system, as well as the investment payback period. In the final part of the work, it is developed the multiobjective optimization of the system considering three objective functions: technological, thermoeconomic and environmental, for identifying the configuration with better behavior. According to the results obtained in the study, it is concluded that case III and case IV are presented as the best of the proposed options. / 1450304

Submitted by Luciano Guimarães Alves (luciano_kouros@hotmail.com) on 2018-10-05T00:31:18Z No. of bitstreams: 1 Tese - Luciano Guimarães Alves - 02-10-18_Versão Final.pdf: 3679805 bytes, checksum: a7d506e1df21202b74acc947a1ce92bb (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-10-05T18:42:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_lg_dr_guara.pdf: 3679805 bytes, checksum: a7d506e1df21202b74acc947a1ce92bb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T18:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_lg_dr_guara.pdf: 3679805 bytes, checksum: a7d506e1df21202b74acc947a1ce92bb (MD5) Previous issue date: 2018-08-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As indústrias queimam combustíveis para produzir energia térmica para um processo. Em alguns casos, uma fração dessa energia não é completamente utilizada. Com o intuito melhorar a eficiência do sistema, essa fração de energia térmica não utilizada pode ser usada para acionar um Sistema de Refrigeração por Absorção (SRA). Nas últimas décadas, o interesse em usar SRA aumentou consideravelmente por conta da possibilidade de se utilizar vapor, água quente e gases de exaustão de sistemas de potência. Além disso, melhorias tecnológicas permitiram uma melhor eficiência do SRA. Uma modelagem termodinâmica do SRA foi realizada para analisar o desempenho de uma máquina em termos energéticos e exergéticos para obter água gelada a 5, 7, 9, 11 e 15 oC com uma fonte de água quente a 80, 90, 100, 110, 120 e 130 oC . A primeira e segunda lei da termodinâmica, tabelas e equações das propriedades da solução aquosa de brometo de lítio e água foram utilizadas para modelar o ciclo e efetuar os cálculos. As hipóteses básicas consideradas foram regime permanente, água pura, bomba isentrópica e processos adiabáticos. Através da análise dos resultados, que essa metodologia pode ser aplicada para determinar o comportamento da variação do COP e eficiência exergética em função da temperatura da água quente que alimenta o gerador e da água gelada obtida no evaporador. Realizou-se análise energética e exergética em cada componente do sistema. Com base nesses dados, pode-se verificar que a faixa de temperatura de água quente que o SRA deve ser alimentado de modo a operar na maior eficiência energética e exergética é de 90 a 100 oC. Ao analisar a distribuição exergética nos componentes, nota-se que as maiores perdas de exergia estão no gerador e absorvedor. / Industries burn fuels to produce thermal energy for a process. In some cases, a fraction of this energy is not fully utilized. In order to improve the efficiency of the system, this waste of energy can be used to drive an Absorption Refrigeration System (ARS). On the last decades, the interest in using ARS increased considerably because of the possibility of using steam, hot water or exhaust gases from thermal engines. Furthermore, technological improvements increased efficiency of this cycle. A thermodynamic model of an ARS was developed to calculate the required energy to generate cold water at 5, 7, 9, 11 e 15 oC from a heat source at 80, 90, 100, 110, 120, 130 oC. First law of thermodynamic, tables and equations of property of aqueous solution of lithium bromide and water were used to model the cycle. The basic hypothesis considered was steady state, pure water, isentropic pump and adiabatic processes. Analysis of the results revealed that this methodology can be applied to study the relationship between COP and exergetic efficiency as a function of the inlet hot water temperature and outlet cold water . Energetic and exergetic analysis were performed for each component. The results show that the highest COP and exergetic efficiency were obtained for hotwater temperature range between 90 to 100 oC. The distribution in terms of exergy in main components were studied and revealed that the high losses of exergy occurred in evaporator and absorber / 1586376

A descentralização do setor de eletricidade brasileiro associado à premente necessidade de aumento da oferta de energia elétrica tem fomentado a busca por fontes alternativas para produção de energia elétrica. Este fato motiva empresas do setor sucroalcooleiro a produzir eletricidade a partir da queima do bagaço de canade- açúcar em sistemas de cogeração, elevando dessa forma a capacidade de geração de energia elétrica exatamente no período de menor oferta hídrica. A geração de eletricidade a partir da biomassa canavieira revela-se uma opção interessante, pois além de ser produzida de forma distribuída e próxima aos centros consumidores, tem criado oportunidades a destilarias e usinas de açúcar para aumentarem seus portfólios de produtos. Nesse aspecto, o presente estudo se propõe a apresentar e discutir possibilidades de cogeração de energia elétrica em usinas autônomas (destilarias) em diferentes condições de processo e operação. Para atender a estes propósitos, foram definidos cenários de cogeração e desenvolvidos modelos para simulação e análise da produção de energia térmica e elétrica bem como estimar os impactos ambientais associados, considerando um sistema de cogeração que opera através do ciclo Rankine, que é o sistema mais utilizado pelas usinas brasileiras. Os cenários foram analisados a partir das técnicas de Análise Exergética (Análise Termodinâmica de Primeira e Segunda Lei) e Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Adotou-se para o caso da avaliação ambiental um enfoque do berço ao portão da fábrica, conforme diretrizes metodológicas descritas nas normas ISO 14040 e 14044. A unidade funcional adotada foi gerar 1,0 MWh de eletricidade excedente em sistema de cogeração energética. O sistema de produto compreende as cargas ambientais da etapa industrial e da produção agrícola da cana-de-açúcar. Especialistas no setor e pesquisadores da área sugerem concentrar esforços de melhoria de desempenho termodinâmico na elevação das propriedades de estado do vapor na saída da caldeira de 20 bar até 100 bar, e simulação de sistemas de cogeração com reaquecimento e regeneração, que são melhorias técnicas próprias de centrais termelétricas, mas com potencial de aproveitamento pelo setor sucroalcooleiro. Os cenários foram projetados com base em diferentes combinações dessas condições considerando duas possibilidades de utilização da biomassa como fonte de energia térmica: exclusivamente bagaço de cana-de-açúcar; e uma composição de bagaço e palha. A comparação dos desempenhos termodinâmicos e ambientais dos cenários ocorreu principalmente em termos da geração específica de eletricidade, da eficiência exergética, do perfil destruição de exergia ao longo do ciclo e dos perfis de impactos ambientais potenciais. Os resultados obtidos indicam que a eficiência exergética é aumenta com a elevação das funções de estado do vapor superaquecido na alimentação da turbina, e ao aumento do grau de complexidade do ciclo Rankine, conseguido à medida que arranjos com reaquecimento e regeneração são integrados ao ciclo. Esses arranjos mostraram-se efetivos na melhoria dos desempenhos exergético e ambiental dos sistemas de cogeração a partir da queima do bagaço e da palha da cana-de-açúcar. Em termos de desempenho ambiental, observou-se a redução sistêmica de efeitos negativos associada ao aumento da eficiência do ciclo termodinâmico. Os resultados da ACV ratificaram também, que a melhoria da eficiência exergética do sistema é seguida de redução de impactos ambientais. Os melhores resultados ambientais, tanto em termos relativos, como absolutos, foram obtidos aproveitando a palha como fonte de energia térmica na caldeira, na condição de geração de vapor a 100 bar e 511 oC, com ciclo Rankine que utiliza reaquecimento e regeneração simultaneamente, numa proposta chamada de ciclo Resultante, cuja redução de impactos ambientais ocorreu entre 5,3% e 15,6% nas categorias analisadas. / The decentralization of the Brazilian electricity sector in association with the internal electricity supply crisis has encouraged companies in the sugarcane industry to produce electricity by burning sugarcane bagasse in cogeneration plants. This approach reduces the environmental impact of the sugarcane production and has opened up opportunities for distilleries and annex plants to increase their product portfolios. Potential scenarios for technically and environmentally improving the cogeneration performance were analyzed by using Thermodynamic analysis and Life Cycle Assessment (LCA). The method used in this study aimed to provide an understanding and a model of the electrical and thermal energy production and the environmental impacts of conventional vapor power systems which operate with Rankine cycle that are commonly used by Brazilian distilleries. Vapor power system experts have suggested focusing on the following technical improvement areas: increasing the properties of the steam from 20 to 100 bar, regeneration and reheating. The case scenarios were projected based on different Rankine cycle configurations and two possibilities of biomass utilization: only sugarcane bagasse or sugarcane bagasse with straw. The LCA was carried out according to ISO 14040 and 14044 regulations, with focus from cradle to gate. A Functional unit of: \"To delivery 1.0 MWh of electricity to the power grid using cogeneration system\" was defined. The product system covers the environmental burdens of the industrial stage and the agricultural production of sugarcane. Thermodynamic evaluation indicated that the energy efficiency and the potential net power exported to the grid increase as the pressure at which the vapor leaves the boiler increases. From the LCA, it was noted that the improved energy performance of the system is accompanied by reduced environmental impacts for all evaluated categories. In addition, vapor production at 100 bar and 511 °C resulted in greater environmental gains, both in absolute and relative terms. Reheating and regeneration concepts were found to be considerably effective in improving the energy and environmental performance of cogeneration systems by burning sugarcane bagasse and straw. For the evaluated categories, the results indicated that the proposed modifications are favorable for increasing the efficiency of the thermodynamic cycle and for decreasing the environmental impacts of the product system. The best results were obtained using bagasse and straw in the boiler furnace and using reheat-regenerative Rankine cycle. In this case it was noted a reduction between 5.3% and 15.6% over all impact categories analysed.

Orientador: José Luz Silveira / Resumo: A utilização do hidrogênio como insumo energético para aplicações de transporte depende da disponibilização de alternativas renováveis para sua produção. Uma delas são as estações com eletrólise alimentada por uma planta solar fotovoltaica on-grid. Nesse trabalho, assume-se a substituição da atual frota de táxis da cidade brasileira Guaratinguetá-SP por veículos a célula-a-combustível. Para atender a demanda de hidrogênio dos veículos, é preciso produzir 170,24 kg de hidrogênio por dia. Esse hidrogênio deve ser fornecido comprimido a uma pressão de 87,5 MPa e a uma temperatura de -40°C, de acordo com norma vigente. Assim, propõe-se uma análise energética com o cálculo da energia necessária para produzir o gás por meio de uma planta fotovoltaica on-grid, bem como as perdas envolvidas. Também são calculadas energias e perdas relacionadas com a compressão e refrigeração do hidrogênio, bem como o volume dos tanques. Os resultados indicam uma necessidade de geração de 10.037 kWh por dia para atender todos os processos envolvidos na estação de abastecimento. Desse total, 56,53 % é entregue na forma de hidrogênio. Se for considerada a energia solar que incide diretamente sobre os painéis, esse percentual é de 9,33 %. A maior parte das perdas se concentra na conversão da irradiação solar em energia elétrica e na eletrólise da água, sendo estas as duas principais oportunidades para melhorias de eficiência. O custo do hidrogênio foi calculado em 16,197 US$/kg se produzido com energia s... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of hydrogen as an energy carrier for transport applications depends on the availability of renewable alternatives for its production. One of them is the electrolysis stations powered by a grid connected photovoltaic solar plant. In this work, it is assumed that the current taxi fleet in the Brazilian city of Guaratinguetá will be replaced by fuel cell vehicles. To meet the hydrogen demand of vehicles, it is necessary to produce 170.24 kg per day. This hydrogen must be supplied compressed at a pressure of 87.5 MPa and at a temperature of -40 °C, in accordance with current regulations. Thus, an energy analysis is proposed with the calculation of the energy required to produce the gas through a photovoltaic plant connected to the grid, as well as the losses involved. Energies and losses related to hydrogen compression and cooling are also calculated, as well as the volume of the tanks. The results indicate a need to generate 10,037 kWh per day to meet all the processes involved in the supply station. Of this total, 56.53 % is delivered in the form of hydrogen. If the incoming solar in the photovoltaic panels is considered, this percentage is 9.33 %. Most of the losses are concentrated in the conversion of solar irradiation into electrical energy and in the electrolysis of water, these being the two main opportunities for efficiency improvements. The cost of hydrogen was calculated at 16,197 US$/kg if produced with photovoltaic solar energy and at 20,812 US$/kg if produce... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre