Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Eduardo Mirko Valenzuela Turdera / Resumo: No presente trabalho avalia-se uma opção para o aproveitamento energético do biogás gerado numa estação de tratamento de esgoto urbano, com capacidade de tratar os rejeitos provenientes de uma cidade de 1.000.000 de habitantes, através da instalação de um sistema de cogeração de energia, usando tecnologias baseadas em um conjunto turbina a gás e turbina a vapor (Caso 1) ou motor a gás e turbina a vapor (Caso 2), para produção de eletricidade para consumo próprio e de vapor para secagem do lodo. São realizadas análises termodinâmicas e termoeconômicas das duas plantas de cogeração propostas definindo-se índices de desempenho, como eficiências, custos unitários de produção eletricidade, calor e lodo seco, em função dos equipamentos utilizados e custos envolvidos com a implantação, operação e manutenção. Por fim, são realizadas análises econômicas das plantas propostas para verificação da viabilidade da implantação, levando-se em conta as receitas obtidas com a comercialização de créditos de carbono e de lodo como biofertilizante, bem como a diferença de custo entre a eletricidade gerada e a atualmente comprada. Dos indicadores estabelecidos e dos resultados obtidos, pode-se concluir que o primeiro caso parece significativamente mais atrativo do que o segundo. / Abstract: In the present work an option for the deployment of biogas energy generated at a urban sewage treatment plant with capacity to process the effluents from a city of 1,000,000 inhabitants is studied, considering the installation of a cogeneration power system, using technologies based on a gas turbine and steam turbine set (Case 1) or a gas IC engine and steam turbine set (Case 2), for production of electricity for own consumption as well as steam for drying the sewage residual sludge. Thermoeconomic and thermodynamic analysis are performed for both cogeneration plants proposed, setting up performance indicators, such as efficiencies, unitary costs for production of electricity, heat and dry mud, depending on the equipment and costs involved with the deployment, operation and maintenance. Finally, an economic analysis of the plants proposed is developed for verifying the feasibility of implementation, taking into account the proceeds from the sales of carbon credits and mud as biofertilizer as well as the difference between the costs of electricity generated and currently purchased. From the settings established and results obtained, it can be concluded that the first case seems to be significantly more attractive than the second. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:30:00Z : No. of bitstreams: 1 rocha_g_me_ilha.pdf: 2184479 bytes, checksum: 3442824b5f0f3377090625de5e9acd1f (MD5) / Neste trabalho são realizadas análises termodinâmicas, termoeconômicas e econômicas aplicadas a uma usina de açúcar e álcool com processo de extração por difusão, envolvendo desde a configuração inicial de implantação da usina até a expansão para uma planta moderna de potência cujo principal objetivo é a produção de excedente de energia elétrica. São consideradas quatro situações: a configuração inicial da planta, definida como Caso 1, que opera visando gerar energia elétrica apenas para o próprio consumo e, também, vapor para o processo de produção de álcool; na seqüência tem-se a configuração, definida como Caso 2, onde o intuito é produzir o máximo de energia elétrica que o turbogerador pode fornecer e vapor para a produção de álcool e, também açúcar; na configuração seguinte, definida como Caso 3, é adicionada na planta uma turbina de condensação visando um melhor aproveitamento para a geração de energia elétrica; e, por fim, na última configuração, definida como Caso 4, é adicionada uma nova turbina de extração condensação e uma caldeira de alta pressão, priorizando a geração de energia elétrica / In this work thermodynamic, thermoeconomic and economical analyses were accomplished in a sugar-alcohol factory with extraction process for diffusion, considering the initial configuration implanted until the expansion for a modern power plant whose main objective is the production of electric power surplus. Four situations were considered: the initial configuration of the plant, defined as Case 1, that operates generating electric power just for the own consumption and, also, steam for the alcohol production process; in sequence it was studied the configuration defined as Case 2, where the intention is to produce the maximum of electric power that the turbogenerator can supply and steam for the production of alcohol and, also, sugar; in the following configuration, defined as Case 3, it is added in the plant a condensation turbine for a better use in the electric power generation; and, finally, in the last configuration, defined as Case 4, it is added a new extractioncondensation turbine and a high pressure boiler, prioritizing the electric power generation

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-01-29Bitstream added on 2014-06-13T18:10:03Z : No. of bitstreams: 1 saran_dj_me_ilha.pdf: 1697400 bytes, checksum: 774c0be06e655a28d52081fb19bedfef (MD5) / Neste trabalho são realizados estudos termodinâmicos e termoeconômicos visando o aproveitamento do gás natural como combustível em usinas de açúcar e álcool. Para tanto são considerados quatro casos, sendo o primeiro uma planta de uma usina sucroalcooleira real que utiliza equipamentos modernos e eficientes, e que comercializa o excedente de eletricidade na safra. O segundo é um caso hipotético no qual é incorporada à planta real da usina uma turbina a gás e uma caldeira de recuperação, passando a planta a operar em ciclo combinado na entressafra utilizando como combustível o gás natural, com o intuito de possibilitar a comercialização de eletricidade ao longo de todo o ano. O terceiro caso considera a proposta de uma planta com grande capacidade de moagem (duas vezes mais do que a da usina real considerada no primeiro caso), que opere de forma convencional com geração de excedente de eletricidade para comercialização apenas na safra, com o diferencial de ser constituída por duas linhas independentes de produção, consumo de vapor e geração de eletricidade, flexibilizando a produção e manutenção. Finalmente, o quarto caso considera o aproveitamento do gás natural como combustível associado ao bagaço da cana, através da incorporação de uma turbina a gás e uma caldeira de recuperação na planta do terceiro caso, permitindo também a comercialização de eletricidade na entressafra. Diante dos resultados obtidos, foi constatado que só existe a viabilidade para o uso do gás natural no quarto caso, e mesmo assim em condições especiais nas quais se considera custos do bagaço e do gás natural abaixo dos praticados no mercado, bem como uma remuneração para a venda de eletricidade excedente acima do preço atual de mercado / In this work thermodynamic and thermoeconomic analyses for the use of natural gas as fuel in sugar-alcohol factories will be accomplished. In order to make these analyses, four cases are considered, being the first case constituted by a real sugar-alcohol factory that uses modern and efficient equipments, and sells surplus of electricity during the harvest. The second case is a hypothetical case that incorporates to the real plant of the previous case a gas turbine and a heat recovery steam generator, making possible the operation with natural gas in combined cycle at the time between harvests, with the intention of making possible the commercialization of electricity along the entire year. The third case considers the proposal of a plant with great milling capacity (twice more than of the real plant considered previously), operating in a conventional way with generation of electricity surplus for commercialization in the harvest, with the differential of being constituted by two independent lines of production and steam consumption and generation of electricity, becoming more flexible the production and maintenance. Finally, the fourth case considers the use of the natural gas as fuel associated to the sugar cane bagasse, through the incorporation of a gas turbine and a heat recovery steam generator in the plant of the previous case, also allowing the electricity commercialization at the time between harvests. In agreement with the obtained results, it was verified that there is viability for the natural gas use only in the fourth case, even though in special conditions in which the costs of the sugar cane bagasse and natural gas are considered below of the current price of the market, as well as the remuneration for the sale of electricity surplus is considered above of the current price of market

Orientador: Fernando Luis Fertonani / Coorientador: Iêda Aparecida Pastre Fertonani / Banca: Hernane da Silva Barud / Banca: Marcelo de Freitas Lima / Resumo: O Brasil é líder na produção de cana-de-açúcar e a cada ano o setor vem crescendo e buscando novas formas para diversificar a planta de produção. Tal fato que o nome da indústria evoluiu de sucroalcooleira para sucroenergéticas devido à importância da co-geração de energia a partir da queima do bagaço nas caldeiras. A bioeletricidade de cana-de açúcar caminha a passos constantes e segue com vários projetos pelo país, devido as usinas estarem próximas dos centro e distribuição/consumo. Outra empresa que busca esta diversificação da sua planta são as industrias de papel e celulose, principalmente dos seus rejeitos (lignina). Este trabalho tem como objetivo extrair lignina diferentes variedades de cana-de-açúcar para identificar a variedade que tem melhor rendimento na extração da lignina e rendimento energético, comparar com o bagaço misto (mistura de várias variedades) e por fim desenvolver imunossensores por meio da reação entre antígenos e anticorpos sobre superfícies condutoras de nanografite a partir da mistura de lignina de bagaço de cana e lignina Kraft. A grande questão é a aplicação eletroquímica com o desenvolvimento de imunossensores devido a alta sensibilidade e principalmente pelo baixo custo e utilização em área clínica. A partir do presente estudo pode-se inferir que a variedade SP83-2847 possui o maior rendimento na extração da lignina, já em relação a perda calorífica a variedade SP84-1431 obteve o maior valor e a RB86-7515 o menor. Após a extração da lignina o bagaço resultante contento celulose e hemicelulose apresentou ser mais estável termicamente. As Técnicas de Raios-x e infravermelho confirmaram a extração da liginina, além de demostrar que existe resquício da fração de celulose e hemicelulose na lignina extraída e que o mesmo ocorre quando extraímos a lignina, uma fração fica na celulose... / Abstract: Brazil is a leader in sugarcane production, growing each year and looking for new ways to diversify the plant production. By the way, the industries names evolved from sugar and alcohol to sugar and energy due to its importance in energy cogeneration from bagasse burning in boilers. The cane bioeletricity walks in constant steps and continues with various projects around the country, because the plants are close downtown and distribution and consumption centers. Another company seeking this diversification of the plant are the industries of pulp and paper especially its residues (lignin). This project aims to extract lignin from different varieties of sugarcane to identify the the best performer in the extraction and energy efficiency compared with the mixed bagasse sample (mixture of several varieties) and finally develop immunosensors through the reaction between antigens and antibodies on conductive nanographite surfaces from Kraft lignin and bagasse's lignin mixture. The great question is the development of immunosensors due to high sensitivity and especially the applicability in the clinical area. From this study it can infer that the SP83-2847 variety has the highest extraction yield of lignin, as compared to loss heat the variety SP84-1431 obtained the highest value and the lowest was the RB86-7515. After lignin extraction, the resulting residue containing cellulose and hemicellulose showed to be more thermally stable. XRD and FTIR results confirmed lignin extraction and demonstrated that there is remnant cellulose and hemicellulose fraction of extracted lignin and the same occurs when we extract lignin, a fraction remains in cellulose. The electrode constructed from the composite kraft lignin-nonographite modified with copper showed electrochemical activity, mechanical stability and electrochemistry. These were applied to investigate uric acid in simulated blood ... / Mestre

Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Rubens Alves Dias / Banca: José Rui Camargo / Resumo: A geração de energia distribuída em edificações e cidades tem sido proposta como uma importante alternativa para que os países ampliem a base tecnológica de suas matrizes energéticas. No caso do Brasil, a possibilidade da incorporação da geração distribuída em edificações apresenta amparo legal por meio de recentes regulamentações do setor elétrico e das normas de melhoria da eficiência energética de edificações. Por estas razões, novos empreendimentos imobiliários com visão de sustentabilidade ambiental, estão avaliando o uso da geração distribuída na etapa de planejamento. Nesta dissertação, foi analisada uma proposta para atender as necessidades energéticas de um hospital (vapor, água quente, resfriamento e eletricidade) considerando as informações de demanda, classificadas em oito dias típicos do ano, dois por cada estação do ano (outono, inverno, primavera e verão) sendo um dia de trabalho normal e outro de final de semana. A proposta consiste na otimização de uma superestrutura composta de diferentes tecnologias de geração e cogeração incluindo equipamentos solares, para assim obter a melhor configuração em termos econômicos. A superestrutura é flexível, ou seja, permite a venda ou compra de eletricidade e analisa três casos, verificando-se a viabilidade de gerar mais eletricidade. Finalmente são apresentados os resultados da configuração final obtida pela otimização / Abstract: Distributed generation in buildings and cities has been proposed as an important option for countries in order to include more technologies in their energy mixes. In Brazil, the possibility of including distributed generation in buildings has recent advances in energy policy and building energy efficiency standards. For these reasons, new construction projects of sustainable buildings include the assessment of distributed generation in the initial stages. In this work, we present an approach for attending energy needs (steam, hot water, cooling and electricity) of a hospital. The information about demand is classified in eight typical days, two for each season of the year (autumn, winter, spring and summer); a workday and a weekend day. The approach consists in the optimization of a superstructure containing different energy generation and cogeneration technologies like solar panels, for obtaining the best configuration in economic terms. The superstructure is flexible, this is, it allows buying or selling electricity. It also analyzes three cases, verifying the feasibility for generating more electricity. Finally, the results present the final configuration obtained from the optimization process / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12Bitstream added on 2014-06-13T19:39:27Z : No. of bitstreams: 1 mogawer_t_me_guara.pdf: 1050701 bytes, checksum: ac5394fa773726920ea684e1c38e8892 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O setor elétrico brasileiro vem continuamente passando por crises energéticas; os consumidores, indústrias que dependem de energia para exercerem as suas atividades passaram a valorizar e a buscar fontes alternativas, confiáveis e ecologicamente adequadas com o objetivo de garantir o fornecimento de eletricidade de forma econômica, possibilitando desta maneira uma certa independência energética. Neste contexto, este trabalho tem a finalidade de selecionar sistemas de cogeração utilizando ciclos combinados com conjuntos a gás associadas a caldeira de recuperação sem queima suplementar e turbina a vapor, assim como realizar o levantamento das curvas de produção de energia e eficiência para os ciclos obtidos. Foram utilizados os parâmetros técnicos e construtivos das turbinas a gás e a vapor de uma mesma empresa fabricante, e através das curvas obtidas é possível selecionar o ciclo combinado mais adequado para cada situação desejada, tanto do ponto de vista energético quanto do ponto de vista econômico. / The electric Brazilian sector is continually subject to energy crisis, the industrial consumers, that depends on energy to do its activities, is nowadays up to valorize and to look for alternative, trustful and environmental appropriate sources with the objective of guaranteeing the supply of electricity in an economic way and warranting a certain energy independence. In this context, this work has the purpose of selecting cogeneration systems based on using combined cycles with gas turbines associated to heat recovery steam generators without supplementary burners and steam turbines, as well as accomplishing the rising of the curves of production of energy and efficiency for the obtained cycles. The technical and constructive parameters of the gas and steam turbines were considered from the same manufacturing company, and through the obtained curves it is possible to select the more appropriate cycle for each process requirement, in the energy and economic point of view.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T08:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:39:44Z : No. of bitstreams: 1 142500.pdf: 143982798 bytes, checksum: 7c5a4b88a3537f6bd44dd2e2b09c3f73 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduaçao em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:05:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262294.pdf: 2409341 bytes, checksum: 2919d8c38ca9d6d163e37eb87314a706 (MD5) / Cogeração é definida como a produção simultânea de energia eletromecânica e energia térmica útil a partir de uma mesma fonte energética, permitindo assim que a energia contida no combustível seja utilizada de modo mais eficiente e racional do que a geração independente de energia elétrica e calor. Conseqüentemente, tem um forte apelo tanto do ponto de vista de eficiência, devido principalmente aos custos de ombustíveis e impactos ambientais, como do ponto de vista de geração distribuída de energia, já que, dada a proximidade entre a planta e o local de consumo, dispensam-se subestações e linhas de transmissão de alta tensão. O projeto de uma planta de cogeração é um problema de síntese sujeito fundamentalmente a restrições termodinâmicas. Inclui a alocação e dimensionamento de componentes diversos, de modo a satisfazer as demandas de energia elétrica e de calor útil. Apesar de sua complexidade, é um problema que é resolvido de modo robusto por especialistas, o que sugere o uso de ferramentas de inteligência artificial (IA) para resolvê-lo computacionalmente, tais como Sistemas Especialistas (SE) e Raciocínio Baseado em Casos (RBC). No presente trabalho são desenvolvidos dois protótipos de sistemas computacionais inteligentes, baseados nas técnicas SE e RBC, respectivamente. Os protótipos são utilizados para apoio às fases de projeto conceitual e preliminar de plantas de cogeração, considerando cargas de energia elétrica, vapor saturado e água gelada como requisitos de projeto. Os protótipos apresentam características que não são encontradas em nenhum sistema computacional para esse domínio disponível até o momento, tais como explicação da solução (no protótipo SE) e aprendizado a partir da própria experiência (no protótipo RBC). A combinação das duas técnicas em um único protótipo é também discutida. Finalmente, o uso dos protótipos é demonstrado através da resolução de alguns casos selecionados, sendo que cada um representa um diferente conjunto de requisitos de projeto. Cogeneration is defined as the simultaneous production of power and useful thermal energy from the same energy source, so that the fuel energy is used in a more rational and efficient way when compared to the separated production of power and heat. Thus, it has a strong appeal from both an efficiency point of view (due mainly to the fuel costs and environmental impact) and a distributed generation point of view, for the proximity between the plant and the user makes substations and transmission lines superfluous. The design of a cogeneration plant is a synthesis problem subject to thermodynamic constraints. It includes allocation and sizing of several components, such that power and useful heat demands must be satisfied. Despite its complexity, it is a problem that is robustly solved by human experts, which suggests the use of artificial intelligence (AI) tools to solve it computationally. Well known AI tools are Expert Systems (ES) and Case-Based Reasoning (CBR). In this work, two intelligent computational prototypes are developed, based on ES and CBR techniques, respectively. The prototypes are used to support the conceptual and preliminary phases of the cogeneration plant design, considering power, saturated steam and chilled water as design requirements. The prototypes present characteristics # such as solution explanation (ES prototype) and learning from previous experiences (CBR prototype) # that are not known in any of the available computational systems in this engineering domain. The combination of both ES and CBR techniques in a single prototype is discussed as well. Finally, the prototype use is shown by solving some selected cases, each case representing a different set of design requirements.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04Bitstream added on 2014-06-13T18:47:03Z : No. of bitstreams: 1 reis_ja_dr_guara.pdf: 3822491 bytes, checksum: c9fd5a88d775153288d737de07be90be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho desenvolve o projeto, aqui entendido como a seleção das unidades que atendam às exigências de obtenção de eletricidade, calor e frio, e a montagem de um sistema de cogeração que usa um motor de pequeno porte associado a uma máquina de absorção e trocadores de calor que satisfarão tais exigências de uma maneira a mais econômica possível, isto é, otimizado em termos de custos. Aplicando-se um método de obtenção dos custos associados à exergia, cria-se um quadro de custos exergéticos para a obtenção de cada produto, e a soma de cada custo constitui o que chama-se de custo de manufatura exergética. O estudo demonstra que é possível aplicar esse método e identificar os pontos de deficiência de um sistema térmico como o mostrado e ,com isso, tomar medidas que venham a melhorar seu desempenho. Essa otimização física não se utiliza de conhecidos algoritmos de otimização matemática, utilizando-se de dados físicos e termodinâmicos medidos, O método permite identificar a forma operacional (basicamente a rotação do motor) que apresente os menores custos. A compreensão dos aspectos gerais da cogeração, das tecnologias envolvidas, com suas vantagens e desvantagens, torna possível aplicar a avaliação exergética associada a conceitos econômicos,e, com essa análise, tomar-se medidas que melhorem o desempenho do sistema em estudo. / This work develop the design of a cogeneration system with a small internal combustion engine coupled with an absorption refrigeration unit utilised in the production of a refrigeration effect, heating effect and electrical power generation with the utilization of exhaust waste heat, in a most possible economic way, i.e., optimized within limits of costs. By developing a method of costs associated to exergy, raises an exergetic costs for each unit, and the total costs is called manufacture exergetic cost. This study demonstrate that the appliance of this method identify the failures in the system and indicate where applies measures that improves its performance. This optimization do not utilizes mathematical algorithms, it is a physical optimization that use thermodynamics and physical data. The objective of this method is to identify the operational form that introduces the smaller cost. This compact cogeneration system have an internal combustion engine coupled with two heat exchangers and an absorption engine. The comprehension of general aspects of cogeneration technologies, its advantages and disadvantages turn possible to apply the exergetic evaluation associated with economic concepts to improve the performance of the system.

Resumo: Este trabalho desenvolve o projeto, aqui entendido como a seleção das unidades que atendam às exigências de obtenção de eletricidade, calor e frio, e a montagem de um sistema de cogeração que usa um motor de pequeno porte associado a uma máquina de absorção e trocadores de calor que satisfarão tais exigências de uma maneira a mais econômica possível, isto é, otimizado em termos de custos. Aplicando-se um método de obtenção dos custos associados à exergia, cria-se um quadro de custos exergéticos para a obtenção de cada produto, e a soma de cada custo constitui o que chama-se de custo de manufatura exergética. O estudo demonstra que é possível aplicar esse método e identificar os pontos de deficiência de um sistema térmico como o mostrado e ,com isso, tomar medidas que venham a melhorar seu desempenho. Essa otimização física não se utiliza de conhecidos algoritmos de otimização matemática, utilizando-se de dados físicos e termodinâmicos medidos, O método permite identificar a forma operacional (basicamente a rotação do motor) que apresente os menores custos. A compreensão dos aspectos gerais da cogeração, das tecnologias envolvidas, com suas vantagens e desvantagens, torna possível aplicar a avaliação exergética associada a conceitos econômicos,e, com essa análise, tomar-se medidas que melhorem o desempenho do sistema em estudo. / Abstract: This work develop the design of a cogeneration system with a small internal combustion engine coupled with an absorption refrigeration unit utilised in the production of a refrigeration effect, heating effect and electrical power generation with the utilization of exhaust waste heat, in a most possible economic way, i.e., optimized within limits of costs. By developing a method of costs associated to exergy, raises an exergetic costs for each unit, and the total costs is called manufacture exergetic cost. This study demonstrate that the appliance of this method identify the failures in the system and indicate where applies measures that improves its performance. This optimization do not utilizes mathematical algorithms, it is a physical optimization that use thermodynamics and physical data. The objective of this method is to identify the operational form that introduces the smaller cost. This compact cogeneration system have an internal combustion engine coupled with two heat exchangers and an absorption engine. The comprehension of general aspects of cogeneration technologies, its advantages and disadvantages turn possible to apply the exergetic evaluation associated with economic concepts to improve the performance of the system. / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Edson Bazzo / Banca: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Julio Santana Antunes / Banca: Jose Rui Camargo / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Doutor