Resumo: No trabalho apresentado foi realizada uma análise de eficiência energética levando em conta variáveis tais como a pressão, a temperatura, o estado físico dos componentes e a atividade de cada elemento que compõe a unidade de craqueamento em refino de petróleo. Tal análise foi realizada baseando-se na Primeira e Segunda leis da Termodinâmica. Destacou-se na análise do FCC a geração e a perda de energia com os gases, levando em conta a concentração molar de cada gás na entrada e na saída do FCC. No riser foram levadas em conta as transformações ocorridas e sua cinética com o propósito de fazer uma análise de gasto de energia no processo de formação inicial dos produtos do FCC; com isso, determinaram-se as quantidades de calor que foram utilizados no processo principal de formação. Foram realizadas análises sobre os fluxos de massas no vaso separador com a abordagem de um suposto fluxo interno, que seria a diferença entre as energias adquiridas com o vapor de retificação com os fluxos de carbono arrastados e com energia vinda do riser, e o fluxo de saída também para o processo de retificação no stripper. Verificou-se a energia gerada pelo regenerador e sua distribuição, que é feita com o aquecimento do catalisador na linha de transmissão do stripper e das perdas de energia com a troca do catalisador gasto e pela massa de catalisador que entra no riser. A energia perdida durante o processo foi associada à energia perdida na integralidade e em cada unidade. Verificou-se que uma parcela do calor gerado no processo é absorvida por gases inertes necessários ou integrados a gases reagentes; além disso, observou-se a formação de novos gases e compostos químicos que geram certas quantidades de energia, e que estão e são importantes na contabilização de toda energia que é gerada. Em tal análise levou-se em conta a energia de formação dos gases e a ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the present study it was performed an analysis of energy efficiency taking into account variables such as pressure, temperature, physical state of the components and activities of each element that makes up a cracker in petroleum refining. The First and Second Law of Thermodynamics were used for the present analysis. It was highlighted in the analysis of the FCC the generation and loss of energy with the gases, taking into account the molar concentration of each gas at the inlet and outlet of the FCC. In the riser it was taken into account the transformations and their kinetics in order to make an analysis of energy use in the process of initial formation of the products of the FCC; with these results, it was determined the amounts of heat that were used in the main proceedings training. It was analyzed the flow of masses in the separator vessel with the approach of a supposed internal flow, which would be the difference between the energy gained steam with the rectification of carbon fluxes and dragged with energy coming from the riser, and the outflow also for the grinding process in stripper. There was the energy generated by the regenerator and its distribution, which is made by heating the catalyst in the transmission line striper and loss of energy with the exchange of spent catalyst and the mass of catalyst entering the riser. The energy lost during the process was associated with the energy that disappeared in the whole and in each unit. It was found that a portion of the heat generated is absorbed by inert gases necessary or integrated reactive gases; in addition, it was observed the formation of new gases and chemicals that generate amounts of energy, and are important in accounting for all energy that is generated. In this analysis it was taken into account the energy of formation of exhaust gases and the opportunities of products formation in the conditions ... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Coorientador: Rubens Alves Dias / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Luciano Fernando dos Santos Rossi / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-29Bitstream added on 2014-06-13T20:00:00Z : No. of bitstreams: 1 silva_ugo_me_guara.pdf: 1310169 bytes, checksum: 03b83347690591e428c0b581f7931124 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / No trabalho apresentado foi realizada uma análise de eficiência energética levando em conta variáveis tais como a pressão, a temperatura, o estado físico dos componentes e a atividade de cada elemento que compõe a unidade de craqueamento em refino de petróleo. Tal análise foi realizada baseando-se na Primeira e Segunda leis da Termodinâmica. Destacou-se na análise do FCC a geração e a perda de energia com os gases, levando em conta a concentração molar de cada gás na entrada e na saída do FCC. No riser foram levadas em conta as transformações ocorridas e sua cinética com o propósito de fazer uma análise de gasto de energia no processo de formação inicial dos produtos do FCC; com isso, determinaram-se as quantidades de calor que foram utilizados no processo principal de formação. Foram realizadas análises sobre os fluxos de massas no vaso separador com a abordagem de um suposto fluxo interno, que seria a diferença entre as energias adquiridas com o vapor de retificação com os fluxos de carbono arrastados e com energia vinda do riser, e o fluxo de saída também para o processo de retificação no stripper. Verificou-se a energia gerada pelo regenerador e sua distribuição, que é feita com o aquecimento do catalisador na linha de transmissão do stripper e das perdas de energia com a troca do catalisador gasto e pela massa de catalisador que entra no riser. A energia perdida durante o processo foi associada à energia perdida na integralidade e em cada unidade. Verificou-se que uma parcela do calor gerado no processo é absorvida por gases inertes necessários ou integrados a gases reagentes; além disso, observou-se a formação de novos gases e compostos químicos que geram certas quantidades de energia, e que estão e são importantes na contabilização de toda energia que é gerada. Em tal análise levou-se em conta a energia de formação dos gases e a... / In the present study it was performed an analysis of energy efficiency taking into account variables such as pressure, temperature, physical state of the components and activities of each element that makes up a cracker in petroleum refining. The First and Second Law of Thermodynamics were used for the present analysis. It was highlighted in the analysis of the FCC the generation and loss of energy with the gases, taking into account the molar concentration of each gas at the inlet and outlet of the FCC. In the riser it was taken into account the transformations and their kinetics in order to make an analysis of energy use in the process of initial formation of the products of the FCC; with these results, it was determined the amounts of heat that were used in the main proceedings training. It was analyzed the flow of masses in the separator vessel with the approach of a supposed internal flow, which would be the difference between the energy gained steam with the rectification of carbon fluxes and dragged with energy coming from the riser, and the outflow also for the grinding process in stripper. There was the energy generated by the regenerator and its distribution, which is made by heating the catalyst in the transmission line striper and loss of energy with the exchange of spent catalyst and the mass of catalyst entering the riser. The energy lost during the process was associated with the energy that disappeared in the whole and in each unit. It was found that a portion of the heat generated is absorbed by inert gases necessary or integrated reactive gases; in addition, it was observed the formation of new gases and chemicals that generate amounts of energy, and are important in accounting for all energy that is generated. In this analysis it was taken into account the energy of formation of exhaust gases and the opportunities of products formation in the conditions ... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:31Z : No. of bitstreams: 1 000836695.pdf: 1571978 bytes, checksum: 4e307c80099ecf2308070178e4aa39ab (MD5) / Atualmente, a busca por novas fontes de energias renováveis tem sido o motivo de pesquisas e investimentos, sendo que a possibilidade de exploração da energia dos oceanos pode ser uma interessante alternativa. Um desses processos é baseado na extração da energia térmica solar acumulada na superfície dos oceanos. Parte dessa energia pode ser transformada em eletricidade e em vários outros subprodutos por meio de um processo conhecido como Conversão da Energia Térmica dos Oceanos (OTEC), que utiliza a água fria obtida a partir de uma profundidade de 1.000 m. As usinas OTEC podem operar em sistemas térmicos aberto, fechado ou híbrido, sendo que, para operar de forma adequada, o local de instalação da usina OTEC deve ter águas com temperatura média da superfície maior que 24 °C. O Brasil possui várias regiões que atendem esta condição sendo, portanto, um dos países com boa capacidade de instalação de usina OTEC para ajudar a suprir sua demanda energética. Este trabalho apresenta o estudo de viabilidade termodinâmica, termoeconômica e econômica de instalação de uma usina OTEC no Brasil por meio de simulações numéricas de seis casos de ciclos fechados, sendo cinco deles com um estágio (três com coletores solares e dois sem); e um caso com dois estágios, sem coletor solar. Os resultados mostraram que a planta com dois estágios não se mostrou viável. No entanto, observou-se que uma usina com ciclo fechado, com um estágio, é capaz de produzir de 13 a 19 MW, dependendo do caso, com custo entre R$ 0,55 (com coletor) e R$ 0,65 (sem coletor) por kW. Esse valor é inferior ao custo da energia produzida por motores estacionários a Diesel, de modo que essa tecnologia pode ser uma alternativa viável e sustentável para substituição dessa forma de geração de eletricidade no nordeste do Brasil, sendo também capaz de produzir água dessalinizada e sal / The search for new sources of clean renewable energy has been the subject of current research and investment, and the possible exploration of oceanic processes may be an interesting alternative. One of these processes is based on extraction of the solar thermal energy accumulated in the ocean upper layer. A fraction of this energy can be converted into electricity and various byproducts by means of a conversion process known simply as Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), which uses the cold water gotten from a depth of 1,000 m. OTEC plants operate in three distinct thermal cycles: open, closed and hybrid. To operate in an adequate form, the local of installation of an OTEC plant must have the sea's average surface temperature greater than 24 oC. Brazil has several offshore regions with these conditions, being one of the countries with good capacity to install OTEC plants to help to supply the electrical and energy demands. This work presents the study of thermodymanic, thermoeconomic and economic feasibility to install an OTEC plant in Brazil through numerical simulation of six cases of closed thermal cycles of an OTEC plant, being five of them with one stage (three with and two without solar boosters); one case with two stages and none solar booster. The results have shown that the two-stage plant has not been feseable. However, the one-stage closed cycle plants are able to produce between 13 to 19 MW, depending on the case considered, with cost between R$ 0,55 (with solar booster) and R$ 0,65 (without solar booster) per kW. These values is lower than the energy cost produced by Diesel stationary engines, so that this technology may be a feseable and sustainable alternative to replace this kind of power generation in Brazilian Northeast region, being able to produce fresh water and salt too

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-10-03Bitstream added on 2015-03-03T12:07:16Z : No. of bitstreams: 1 000798705_20161001.pdf: 458479 bytes, checksum: f5bdd3560f1af3c571c23064bb05215d (MD5) Bitstreams deleted on 2016-10-03T12:15:48Z: 000798705_20161001.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-10-03T12:16:36Z : No. of bitstreams: 1 000798705.pdf: 3468083 bytes, checksum: c2ee05c392b1e56dbc0fb7a636133660 (MD5) / A busca por alternativas energéticas sustentáveis é interessante devido à preocupação mundial com as emissões geradas na queima de combustíveis fósseis que resultam em danos ambientais, o que torna a biomassa um recurso atrativo. Este trabalho teve como objetivo a caracterização físico-química de seis amostras de biomassa brasileiras: bagaço de cana, cascas de amendoim, arroz e café, serragem de pinus e semente de tucumã, com a finalidade de avaliar o potencial energético desses materiais para aplicação em rotas térmicas de conversão para geração de energia. As amostras foram avaliadas por técnicas térmicas, termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), a fim de evidenciar as etapas referentes à perda de umidade do material e a degradação da matéria orgânica. As análises porosimétricas, de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de difratometria de raios X (DRX), demonstraram diferenças na composição da matriz lignocelulósica das biomassas, o que resultou em comportamentos térmicos diferentes avaliados pelo perfil das curvas TG/DTA e DSC. Por meio das análises de fluorescência de raios X foi possível identificar diversos metais que compõem os resíduos gerados ao fim do processo térmico. Foi determinado ainda o poder calorífico superior (PCS) experimental e teórico, cujos valores encontram-se entre 15 e 20 MJ kg-1 que comparado aos valores teóricos apresentam uma pequena variação do erro absoluto, entre 1,49 e 2,30 MJ kg-1, sendo a semente de tucumã a biomassa que apresentou maior valor de PCS, 20,77 MJ kg-1. Os métodos matemáticos (Friedman e Model Free Kinetics) foram utilizados para estimar a energia de ativação das amostras estudadas em duas atmosferas, nitrogênio e ar, resultando em perfis de curva de E? versus conversão semelhantes. A semente de tucumã apresentou menor valor de... / The search for sustainable energy alternatives is interesting due to the global concern about the emissions generated by the burning of fossil fuels, which result in environmental damage and make the biomass an attractive feature. This paper reports on the physicochemical characterization of six samples of Brazilian biomasses, namely bagasse, peanut shells, rice and coffee, sawdust and pine seed tucumã, for the assessment of their energy potential for applications to thermal conversion routes for power generation. The samples were evaluated by thermal techniques, thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) and the stages related to the loss of the material moisture and degradation of organic matter were showed. The porosimetric analyses, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffractometry (XRD) revealed differences in the composition of the matrix lignocellulosic biomass, which resulted in different thermal behaviors assessed by the TG/DTA and DSC profile curves. The X-ray fluorescence analysis identified different metals in the waste produced after thermal processing. The experimental and theoretical higher heating value (HHV), which ranged between 15 and 20 MJ kg-1 was also determined and compared to the theoretical values. It showed a small variation in the absolute error between 1.49 and 2.30 MJ kg-1 and the seed of tucumã biomass showed higher HHV, 20.77 MJ kg-1. The mathematical methods (Friedman and Model Free Kinetics) were used to estimate the activation energy of the samples analyzed at two atmospheres, i.e., nitrogen and air, and provided similar E? versus conversion curve profiles. The tucuma seed showed the lowest E? value at the beginning of the conversion in both atmospheres (lower than 100 MJ mol-1), which indicates greater ease in the thermal conversion (combustion or pyrolysis) process. In this study enables...

Orientador: Paula Cristina Garcia Manoel Crnkovic / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Mario Godinho Junior / Resumo: A busca por alternativas energéticas sustentáveis é interessante devido à preocupação mundial com as emissões geradas na queima de combustíveis fósseis que resultam em danos ambientais, o que torna a biomassa um recurso atrativo. Este trabalho teve como objetivo a caracterização físico-química de seis amostras de biomassa brasileiras: bagaço de cana, cascas de amendoim, arroz e café, serragem de pinus e semente de tucumã, com a finalidade de avaliar o potencial energético desses materiais para aplicação em rotas térmicas de conversão para geração de energia. As amostras foram avaliadas por técnicas térmicas, termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), a fim de evidenciar as etapas referentes à perda de umidade do material e a degradação da matéria orgânica. As análises porosimétricas, de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de difratometria de raios X (DRX), demonstraram diferenças na composição da matriz lignocelulósica das biomassas, o que resultou em comportamentos térmicos diferentes avaliados pelo perfil das curvas TG/DTA e DSC. Por meio das análises de fluorescência de raios X foi possível identificar diversos metais que compõem os resíduos gerados ao fim do processo térmico. Foi determinado ainda o poder calorífico superior (PCS) experimental e teórico, cujos valores encontram-se entre 15 e 20 MJ kg-1 que comparado aos valores teóricos apresentam uma pequena variação do erro absoluto, entre 1,49 e 2,30 MJ kg-1, sendo a semente de tucumã a biomassa que apresentou maior valor de PCS, 20,77 MJ kg-1. Os métodos matemáticos (Friedman e Model Free Kinetics) foram utilizados para estimar a energia de ativação das amostras estudadas em duas atmosferas, nitrogênio e ar, resultando em perfis de curva de Eα versus conversão semelhantes. A semente de tucumã apresentou menor valor de... / Abstract: The search for sustainable energy alternatives is interesting due to the global concern about the emissions generated by the burning of fossil fuels, which result in environmental damage and make the biomass an attractive feature. This paper reports on the physicochemical characterization of six samples of Brazilian biomasses, namely bagasse, peanut shells, rice and coffee, sawdust and pine seed tucumã, for the assessment of their energy potential for applications to thermal conversion routes for power generation. The samples were evaluated by thermal techniques, thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) and the stages related to the loss of the material moisture and degradation of organic matter were showed. The porosimetric analyses, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffractometry (XRD) revealed differences in the composition of the matrix lignocellulosic biomass, which resulted in different thermal behaviors assessed by the TG/DTA and DSC profile curves. The X-ray fluorescence analysis identified different metals in the waste produced after thermal processing. The experimental and theoretical higher heating value (HHV), which ranged between 15 and 20 MJ kg-1 was also determined and compared to the theoretical values. It showed a small variation in the absolute error between 1.49 and 2.30 MJ kg-1 and the seed of tucumã biomass showed higher HHV, 20.77 MJ kg-1. The mathematical methods (Friedman and Model Free Kinetics) were used to estimate the activation energy of the samples analyzed at two atmospheres, i.e., nitrogen and air, and provided similar Eα versus conversion curve profiles. The tucuma seed showed the lowest Eα value at the beginning of the conversion in both atmospheres (lower than 100 MJ mol-1), which indicates greater ease in the thermal conversion (combustion or pyrolysis) process. In this study enables... / Mestre

Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Co-orientador: Cassio Roberto de Macedo Maia / Banca: Emanuel Rocha Woiski / Banca: Mauro Conti Pereira / Resumo: Atualmente, a busca por novas fontes de energias renováveis tem sido o motivo de pesquisas e investimentos, sendo que a possibilidade de exploração da energia dos oceanos pode ser uma interessante alternativa. Um desses processos é baseado na extração da energia térmica solar acumulada na superfície dos oceanos. Parte dessa energia pode ser transformada em eletricidade e em vários outros subprodutos por meio de um processo conhecido como Conversão da Energia Térmica dos Oceanos (OTEC), que utiliza a água fria obtida a partir de uma profundidade de 1.000 m. As usinas OTEC podem operar em sistemas térmicos aberto, fechado ou híbrido, sendo que, para operar de forma adequada, o local de instalação da usina OTEC deve ter águas com temperatura média da superfície maior que 24 °C. O Brasil possui várias regiões que atendem esta condição sendo, portanto, um dos países com boa capacidade de instalação de usina OTEC para ajudar a suprir sua demanda energética. Este trabalho apresenta o estudo de viabilidade termodinâmica, termoeconômica e econômica de instalação de uma usina OTEC no Brasil por meio de simulações numéricas de seis casos de ciclos fechados, sendo cinco deles com um estágio (três com coletores solares e dois sem); e um caso com dois estágios, sem coletor solar. Os resultados mostraram que a planta com dois estágios não se mostrou viável. No entanto, observou-se que uma usina com ciclo fechado, com um estágio, é capaz de produzir de 13 a 19 MW, dependendo do caso, com custo entre R$ 0,55 (com coletor) e R$ 0,65 (sem coletor) por kW. Esse valor é inferior ao custo da energia produzida por motores estacionários a Diesel, de modo que essa tecnologia pode ser uma alternativa viável e sustentável para substituição dessa forma de geração de eletricidade no nordeste do Brasil, sendo também capaz de produzir água dessalinizada e sal / Abstract: The search for new sources of clean renewable energy has been the subject of current research and investment, and the possible exploration of oceanic processes may be an interesting alternative. One of these processes is based on extraction of the solar thermal energy accumulated in the ocean upper layer. A fraction of this energy can be converted into electricity and various byproducts by means of a conversion process known simply as Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), which uses the cold water gotten from a depth of 1,000 m. OTEC plants operate in three distinct thermal cycles: open, closed and hybrid. To operate in an adequate form, the local of installation of an OTEC plant must have the sea's average surface temperature greater than 24 oC. Brazil has several offshore regions with these conditions, being one of the countries with good capacity to install OTEC plants to help to supply the electrical and energy demands. This work presents the study of thermodymanic, thermoeconomic and economic feasibility to install an OTEC plant in Brazil through numerical simulation of six cases of closed thermal cycles of an OTEC plant, being five of them with one stage (three with and two without solar boosters); one case with two stages and none solar booster. The results have shown that the two-stage plant has not been feseable. However, the one-stage closed cycle plants are able to produce between 13 to 19 MW, depending on the case considered, with cost between R$ 0,55 (with solar booster) and R$ 0,65 (without solar booster) per kW. These values is lower than the energy cost produced by Diesel stationary engines, so that this technology may be a feseable and sustainable alternative to replace this kind of power generation in Brazilian Northeast region, being able to produce fresh water and salt too / Mestre

Orientador: José Luz Silveira / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: José Antonio Perrella / Banca: Wendell de Queiróz Lamas / Banca: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: Os níveis significativamente elevados dos subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no processamento da cana-de-açúcar oferecem um potencial atrativo para o uso de sistemas que utilizem um gaseificador de biomassa integrado a um ciclo combinado (BIG - GTCC). Neste trabalho propõe-se estudar a incorporação do processo de gaseificação de biomassa para uso em sistema de cogeração com ciclo combinado aplicado ao setor sucroalcooleiro. Foram realizados estudos energéticos, econômicos e ecológicos da incorporação do sistema BIG - GTCC como alternativa para o aumento da oferta de produção de eletricidade em uma típica indústria sucroalcooleira do Brasil. Propõe-se o suo de uma tecnologia de pré-tratamento do bagaço para superar os problemas técnicos existentes ao alimentar, de forma contínua, o reator de gaseificação de bagaço. Na análise econômica, determina-se, inicialmente, o custo de produção de gás de síntese, permitindo alocar os custos de produção de eletricidade, energia mecânica e calor de processo no sistema proposto, considerando três configurações. Na etapa final, são determinadas as emissões de poluentes, o dióxido de carbono equivalente, o indicador de poluição e a eficiência ecológica da planta utilizando o processo de gaseificação com ciclo combinado ao setor. Conclui-se que a aplicação do processo de gaseificação apenas do excedente de bagaço em fluxo de arraste com pré-tratamento de torrefação apresenta-se como a melhor das opções propostas, tanto do ponto de vista termodinâmico, como do econômico e do ecológico / Abstract: The significantly elevated levels of byproducts (bagasse and trash) currently available in the sugar cane industries offer an attractive potential for the use of the BIG - GTCC in the sugar industry. This work aims to make an energetic, economic and ecological studies of the BIG -GTCC (Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine Combined Cycle) system incorporation in the sugar cane industry, as an alternative to increase the levels of electricity generation in this sector. A new technology for the bagasse pre-treatment is proposed in order to overcome the technical problems observed during the continuous feeding of gasifier with sugarcane bagasse as a setting for coupling the gasifier with the sugarcane mill. An energetic analysis of the proposed system was performed. The study also identified the production cost of the synthesis gas, as well as allocated the electricity, heat, and mechanical energy production cost in the proposed system, considering the three studied cases. In the final phase, the pollutant emissions, the carbon dioxide equivalent, the pollution indicator, and the ecological efficiency of the incorporation of the cogeneration process with combined cycle in the traditional Brazilian sugar industries were determined. The main result of the study was that the application of the configuration, where only the surplus bagasse of the conventional plant is gasified in an entrained flow reactor, after pretreatment of the bagasse through a torrefaction process, appears to be economically, ecologically, and technically the best of the proposed options / Doutor

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Resumo: Este trabalho apresenta, analisa e implementa uma proposta de conversor para geração de pulsos elétricos de alta tensão para aplicação na produção de ozônio e injeção do mesmo em água, com a finalidade de ação germicida e bactericida para processos de lavagem e higienização industrial. O conversor proposto é composto por dois estágios, sendo o primeiro estágio um retificador Boost operando no Modo de Condução Descontínua (MCD), responsável pela obtenção de um barramento em Corrente Contínua (CC) regulado e, atuando como seguidor de tensão da entrada apresenta um elevado fator de potência com reduzida distorção harmônica para a corrente de entrada; o segundo estágio consiste no uso de um inversor em Ponte Completa (Full-bridge) ressonante com controle por deslocamento de fase (Phase-shift), frequência constante (em torno de 10kHz) e modulação bipolar. O estágio inversor ressonante é composto pelo inversor em ponte associado a um transformador elevador e a indutâncias e capacitâncias para o ajuste da ressonância, resultando em uma estrutura com capacidade de geração de pulsos elétricos na saída com amplitude de até 6kV para o nível de potência do projeto, os quais são aplicados em um conjunto em paralelo de 14 (quatorze) câmaras de descarga para geração de ozônio e injeção em água. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica para as aplicações do ozônio, as principais topologias de conversores em baixa potência para geração de pulsos elétricos em ozonizadores, a análise de um produto comercial, a proposta e desenvolvimento de uma estrutura conversora em substituição ao produto comercial, resultando em melhor eficiência e maior fator de potência, apresentando-se suas análises qualitativas e quantitativas, modelação, metodologias de projeto, implementação de um protótipo funcional, os principais resultados finais e proposta de continuidade para futuras pesquisas / Abstract: This research proposes, analyzes and implements a converter for generating high voltage electric pulses for application to ozone production and injection in water for the purpose of bactericidal and germicidal processes for cleaning and sanitizing industry applications. The proposed converter consists of two stages, the first stage being a Boost rectifier operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM), responsible for getting a Continuous Current (CC) bus regulated and, acting as input voltage follower presents a high power factor with reduced harmonic distortion to the input current; the second stage involves the use of a resonant Full-Bridge inverter controlled by phase-shift, using constant frequency (close to 10kHz) and bipolar modulation. The resonant inverter stage is composed of the bridge inverter associated with a step-up transformer, inductors and capacitors to adjust de resonant frequency, resulting in a structure capable of generating electric pulses with amplitude at the output of almost 6kV, which are applied on a set of fourteen (14) discharge chambers in parallel for ozone generation and injection in water. The work presents a literature review for the applications of ozone, the main converter topologies at low power for generating electrical pulses in ozonizators, the analysis of a commercial product, a proposal and development of a power converter structure to replace the commercial one, resulting in better efficiency and high input power factor, presenting their qualitative and quantitative analysis, modeling, design methodologies, implementation of a functional prototype, the main experimental results and proposal of continuity of future researches / Mestre

Orientador: Júlio Santana Antunes / Coorientadores: José Luz Silveira; Wendell de Queiróz Lamas / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: Daniel Travieso Pedroso / Banca: José Rui Camargo / Banca: Ederaldo Godoy Junior / Resumo: Neste trabalho de tese é desenvolvido metodologias de análise exergoeconômica-ambiental aplicado em motores-gerador operando com biogás para produção simultânea de energia elétrica e água quente. O método desenvolvido tem como objetivo mensurar o custo das emissões de CO2 para esse sistema, assim como estudar a sua influência no custo de operação pela técnica do custo de manufatura exergético. O método é aplicado a motores de combustão interna operando a biogás, com capacidade de produção de energia elétrica variando entre 4 kW a 2 MW, utilizando ou não a água da jaqueta para produção de água quente, dependendo do tipo de refrigeração do motos (a ar ou a água). Dois métodos são aplicados para análise exergoeconômica-ambiental, o primeiro baseado no método da distribuição de custo pelos fluxos exergéticos unitários dos produtos e outro baseado nos incrementos exergéticos dos componentes do sistema. Conclui-se que ambos os métodos são satisfatórios para avaliar o impacto do custo da emissão de poluentes e que a influência deste no custo de manufatura exergético incrementa entre 9,4 % e 19,6 % em relação aos métodos tradicionais que não consideram o custo da poluição ao meio ambiente / Abstract: In this thesis an econometric-environmental analysis methodology applied in generator-engines operating with biogas for the simultaneous production of electric energy and hot water is developed. The method developed has the objective of measuring the cost of CO2 emissions for this system, as well as to study its influence on the cost of operation by the technique of exergy cost of manufacture. The method is applied to internal combustion engines operating with biogas, with a production capacity of electric energy ranging from 4 kW to 2 MW, using or not the jacket water to produce hot water, depending on the type of engine cooling (air or water cooled). Two methods are applied for exergoeconomic-environmental analysis, the first one based on the method of cost distribution by the unitary exergy flows of the products and another based on the exergetic increments of the system components. It is concluded that both methods are satisfactory to evaluate the impact of the emission cost of pollutants and that the influence of this in the cost of exergético manufacture increases between 9,4% and 19,6% in relation to the traditional methods that do not consider the cost of pollution / Doutor

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-24. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:24:14Z : No. of bitstreams: 1 000832562.pdf: 3624875 bytes, checksum: d21e3aeecb27b00f8db35e4b25d45d1f (MD5) / Os níveis significativamente elevados dos subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no processamento da cana-de-açúcar oferecem um potencial atrativo para o uso de sistemas que utilizem um gaseificador de biomassa integrado a um ciclo combinado (BIG - GTCC). Neste trabalho propõe-se estudar a incorporação do processo de gaseificação de biomassa para uso em sistema de cogeração com ciclo combinado aplicado ao setor sucroalcooleiro. Foram realizados estudos energéticos, econômicos e ecológicos da incorporação do sistema BIG - GTCC como alternativa para o aumento da oferta de produção de eletricidade em uma típica indústria sucroalcooleira do Brasil. Propõe-se o suo de uma tecnologia de pré-tratamento do bagaço para superar os problemas técnicos existentes ao alimentar, de forma contínua, o reator de gaseificação de bagaço. Na análise econômica, determina-se, inicialmente, o custo de produção de gás de síntese, permitindo alocar os custos de produção de eletricidade, energia mecânica e calor de processo no sistema proposto, considerando três configurações. Na etapa final, são determinadas as emissões de poluentes, o dióxido de carbono equivalente, o indicador de poluição e a eficiência ecológica da planta utilizando o processo de gaseificação com ciclo combinado ao setor. Conclui-se que a aplicação do processo de gaseificação apenas do excedente de bagaço em fluxo de arraste com pré-tratamento de torrefação apresenta-se como a melhor das opções propostas, tanto do ponto de vista termodinâmico, como do econômico e do ecológico / The significantly elevated levels of byproducts (bagasse and trash) currently available in the sugar cane industries offer an attractive potential for the use of the BIG - GTCC in the sugar industry. This work aims to make an energetic, economic and ecological studies of the BIG -GTCC (Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine Combined Cycle) system incorporation in the sugar cane industry, as an alternative to increase the levels of electricity generation in this sector. A new technology for the bagasse pre-treatment is proposed in order to overcome the technical problems observed during the continuous feeding of gasifier with sugarcane bagasse as a setting for coupling the gasifier with the sugarcane mill. An energetic analysis of the proposed system was performed. The study also identified the production cost of the synthesis gas, as well as allocated the electricity, heat, and mechanical energy production cost in the proposed system, considering the three studied cases. In the final phase, the pollutant emissions, the carbon dioxide equivalent, the pollution indicator, and the ecological efficiency of the incorporation of the cogeneration process with combined cycle in the traditional Brazilian sugar industries were determined. The main result of the study was that the application of the configuration, where only the surplus bagasse of the conventional plant is gasified in an entrained flow reactor, after pretreatment of the bagasse through a torrefaction process, appears to be economically, ecologically, and technically the best of the proposed options