A energia é o maior contribuinte para os custos de operação de uma indústria, portanto, estudos para melhoria da eficiência dos sistemas que utilizam alguma fonte de energia são indispensáveis. O presente trabalho tem por objetivo a obtenção de configurações ótimas para satisfazer demandas de eletricidade e cargas térmicas de aquecimento e refrigeração a partir de uma fonte primaria de energia, avaliando o impacto dessas nos custos de produção de eletricidade, vapor e água gelada. Estes tipos de sistemas são conhecidos como sistemas de trigeração. A avaliação de desempenho dos sistemas de trigeração é conduzida através da aplicação da análise exergética e exergoeconômica das alternativas propostas para a determinação do rendimento exergético e custos em base exergética de produção de utilidades desse tipo de sistema. Após apresentar uma breve discussão sobre o uso eficiente e racional de energias primárias e mostrar um panorama da situação para a aplicação de sistemas de trigeração para satisfazer demandas energéticas na indústria e o setor terciário, são descritas diferentes tecnologias envolvidas neste tipo de sistemas e algumas configurações propostas por vários pesquisadores nos anos recentes. O trabalho mostra o impacto das tecnologias de trigeração nos custos em base exergética dos produtos: eletricidade, vapor para processo e água gelada. Sistemas de refrigeração por absorção de efeito simples, duplo efeito e o sistema híbrido de absorção/ejeto compressão são analisados, como parte do estudo dos sistemas de trigeração. Diversos sistemas de trigeração, incluindo o sistema tetra-combinado, são comparados satisfazendo demandas energéticas para três aplicações diferentes: indústria de laticínios, hospital e indústria de bebidas. As configurações em estudo são otimizadas usando o método de algoritmo genético. Os resultados mostram que o sistema de refrigeração híbrido de absorção/ejeto compressão é uma boa alternativa para a produção da água gelada porque o coeficiente de desempenho (COP) e a eficiência exergética são maiores do que no sistema de refrigeração por absorção de efeito simples. Observando o impacto na formação dos custos de conversão de energia para os sistemas de trigeração propostos, os sistemas que utilizam unidade de refrigeração por absorção de duplo efeito são os que apresentam menor impacto. O sistema tetra-combinado apresenta um menor impacto quanto comparado com o ciclo combinado com unidade de refrigeração por absorção de simples efeito. O consumo de combustível e a destruição de exergia dos diferentes sistemas são refletidos nos custos em base exergética dos diferentes produtos. A otimização com algoritmos genéticos mostrou ganhos importantes nos custos em base exergética dos produtos, mediante a maximização da eficiência exergética dos diferentes sistemas de trigeração. O método dos algoritmos genéticos mostra-se como um método robusto para a otimização de sistemas de conversão de energia, mesmo que exija um grande esforço computacional. / Energy is the largest contributor to operating costs of any industry; therefore, studies for improving systems efficiency that use some energy source are essential. This work aims to obtain optimal configurations in order to satisfy required demands for electricity and thermal loads for heating and cooling from a primary source of energy, evaluating the impact of the electricity, steam and chilled water production costs. These types of systems are known as trigeneration systems. The performance evaluation of trigeneration systems is carried out by the application of exergy and exergoeconomic analysis of the proposed alternatives in order to determine exergy efficiency and exergy based costs on production of this type of system utilities. After presenting a brief discussion about efficient and rational use of primary energies and an overview of situation for trigeneration systems application, various technologies involved in this type of systems and some configurations proposed by several authors are described. This research shows the impact of trigeneration technologies in exergy-based costs of products: electricity, steam process and chilled water. Absorption refrigeration systems of simple effect, double effect and the hybrid absorption/ejecto compression are analyzed, as part of the trigeneration systems study. Several trigeneration systems, including the tetra-combined system, are compared with each other, satisfying energetic demands for three different applications: a dairy industry, a hospital and a drinks industry. The configurations in study are optimized using the Genetic Algorithm method. The results show that the hybrid absorption/ejecto compression refrigeration system is a good alternative for chilled water production due to that the coefficient of performance (COP) and the exergetic efficiency are higher than simple effect absorption refrigeration system. Observing the impact in the formation of the energy conversion costs for trigeneration systems proposed, the systems that use a double effect absorption refrigeration system presents the less impact. When tetra-combined system is compared with the system using a simple effect absorption refrigeration system, the results show a reduction in the impact of costs formation. The fuel consumption and exergy destruction of the different systems is reflected in the exergy based costs of the different products. The optimization with genetic algorithms shown important profits in the exergy based costs of products, by means of the exergetic efficiency maximization of the different trigeneration systems. The genetic algorithm method is a robust method for energy conversion systems optimization, even that it demands a great computational effort.

A energia é o maior contribuinte para os custos de operação de uma indústria, portanto, estudos para melhoria da eficiência dos sistemas que utilizam alguma fonte de energia são indispensáveis. O presente trabalho tem por objetivo a obtenção de configurações ótimas para satisfazer demandas de eletricidade e cargas térmicas de aquecimento e refrigeração a partir de uma fonte primaria de energia, avaliando o impacto dessas nos custos de produção de eletricidade, vapor e água gelada. Estes tipos de sistemas são conhecidos como sistemas de trigeração. A avaliação de desempenho dos sistemas de trigeração é conduzida através da aplicação da análise exergética e exergoeconômica das alternativas propostas para a determinação do rendimento exergético e custos em base exergética de produção de utilidades desse tipo de sistema. Após apresentar uma breve discussão sobre o uso eficiente e racional de energias primárias e mostrar um panorama da situação para a aplicação de sistemas de trigeração para satisfazer demandas energéticas na indústria e o setor terciário, são descritas diferentes tecnologias envolvidas neste tipo de sistemas e algumas configurações propostas por vários pesquisadores nos anos recentes. O trabalho mostra o impacto das tecnologias de trigeração nos custos em base exergética dos produtos: eletricidade, vapor para processo e água gelada. Sistemas de refrigeração por absorção de efeito simples, duplo efeito e o sistema híbrido de absorção/ejeto compressão são analisados, como parte do estudo dos sistemas de trigeração. Diversos sistemas de trigeração, incluindo o sistema tetra-combinado, são comparados satisfazendo demandas energéticas para três aplicações diferentes: indústria de laticínios, hospital e indústria de bebidas. As configurações em estudo são otimizadas usando o método de algoritmo genético. Os resultados mostram que o sistema de refrigeração híbrido de absorção/ejeto compressão é uma boa alternativa para a produção da água gelada porque o coeficiente de desempenho (COP) e a eficiência exergética são maiores do que no sistema de refrigeração por absorção de efeito simples. Observando o impacto na formação dos custos de conversão de energia para os sistemas de trigeração propostos, os sistemas que utilizam unidade de refrigeração por absorção de duplo efeito são os que apresentam menor impacto. O sistema tetra-combinado apresenta um menor impacto quanto comparado com o ciclo combinado com unidade de refrigeração por absorção de simples efeito. O consumo de combustível e a destruição de exergia dos diferentes sistemas são refletidos nos custos em base exergética dos diferentes produtos. A otimização com algoritmos genéticos mostrou ganhos importantes nos custos em base exergética dos produtos, mediante a maximização da eficiência exergética dos diferentes sistemas de trigeração. O método dos algoritmos genéticos mostra-se como um método robusto para a otimização de sistemas de conversão de energia, mesmo que exija um grande esforço computacional. / Energy is the largest contributor to operating costs of any industry; therefore, studies for improving systems efficiency that use some energy source are essential. This work aims to obtain optimal configurations in order to satisfy required demands for electricity and thermal loads for heating and cooling from a primary source of energy, evaluating the impact of the electricity, steam and chilled water production costs. These types of systems are known as trigeneration systems. The performance evaluation of trigeneration systems is carried out by the application of exergy and exergoeconomic analysis of the proposed alternatives in order to determine exergy efficiency and exergy based costs on production of this type of system utilities. After presenting a brief discussion about efficient and rational use of primary energies and an overview of situation for trigeneration systems application, various technologies involved in this type of systems and some configurations proposed by several authors are described. This research shows the impact of trigeneration technologies in exergy-based costs of products: electricity, steam process and chilled water. Absorption refrigeration systems of simple effect, double effect and the hybrid absorption/ejecto compression are analyzed, as part of the trigeneration systems study. Several trigeneration systems, including the tetra-combined system, are compared with each other, satisfying energetic demands for three different applications: a dairy industry, a hospital and a drinks industry. The configurations in study are optimized using the Genetic Algorithm method. The results show that the hybrid absorption/ejecto compression refrigeration system is a good alternative for chilled water production due to that the coefficient of performance (COP) and the exergetic efficiency are higher than simple effect absorption refrigeration system. Observing the impact in the formation of the energy conversion costs for trigeneration systems proposed, the systems that use a double effect absorption refrigeration system presents the less impact. When tetra-combined system is compared with the system using a simple effect absorption refrigeration system, the results show a reduction in the impact of costs formation. The fuel consumption and exergy destruction of the different systems is reflected in the exergy based costs of the different products. The optimization with genetic algorithms shown important profits in the exergy based costs of products, by means of the exergetic efficiency maximization of the different trigeneration systems. The genetic algorithm method is a robust method for energy conversion systems optimization, even that it demands a great computational effort.

O setor de transporte é um exemplo de atividade econômica que depende fundamentalmente das cadeias produtivas do petróleo, gás natural e biocombustíveis para sua operação, além de ser um dos principais consumidores da energia primária do país. Portanto, qualquer melhoria nos processos de produção e uso final dos combustíveis veiculares, repercute favoravelmente tanto na utilização dos recursos energéticos e o desempenho do setor, quanto no impacto ambiental e na economia nacional. Nesse sentido, faz-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia que permita avaliar as diferentes rotas de produção e uso final, para determinar as principais fontes de degradação da energia e quantificar o impacto ambiental por meio de uma ferramenta apropriada. Uma valiosa ferramenta é a análise exergética ampliada, a qual provê uma oportunidade de quantificar os requerimentos exergéticos totais e não renováveis e as eficiências globais e, desse modo, perseguir e priorizar o uso daquelas fontes de energia mais favoráveis e amigáveis com o meio ambiente. A exergoeconomia, que visa à distribuição racional dos custos exergéticos entre os diversos produtos de uma mesma planta, usa a quantidade de exergia de cada produto como base para a distribuição da exergia despendida no respectivo processo. Desta forma, neste trabalho se apresenta uma análise comparativa sobre as rotas de produção e uso final dos combustíveis derivados do petróleo e o gás natural (inclusive o hidrogênio produzido da reforma a vapor), etanol, biodiesel, além da análise da geração e distribuição da eletricidade na matriz elétrica brasileira. Propõe-se o uso dos custos exergéticos unitários renováveis e não renováveis e as emissões de CO2 como indicadores para avaliar a intensidade exergética renovável e não renovável, o impacto ambiental e o desempenho termodinâmico no uso final. Este procedimento permite hierarquizar os diferentes processos de conversão de energia na produção e uso final de combustíveis veiculares, a fim de determinar as melhores opções para o setor de transporte. / Transportation sector is an example of economic activity that fundamentally depends on the supply chains of oil, natural gas and biofuels for its operation, as well as being a major consumer of primary energy in the country. Therefore, any improvement that could be achieved in the vehicle fuels production and end use processes, favorably affects both the use of energy resources and industry performance, as well as the environmental impact and the national economy. Accordingly, it is necessary to develop a methodology based on a suitable tool to evaluate the different routes of fuel production and end use, so that the main sources of energy degradation and the environmental impact can be determined and quantified. A valuable tool that serves that purpose is the extended exergy analysis, which provides an opportunity to quantify the total and non-renewable exergy requirements and overall efficiencies, and thereby pursue and prioritize the use of the most environmentally friendly sources of energy. Exergoeconomy, which attempts to rationally distribute the exergy cost among the several products of a single plant, uses the amount of exergy of each product as the basis for the distribution of exergy expended in the respective process. Thus, this work presents a comparative analysis of the production routes and end use of vehicles fuels derived from petroleum and natural gas (including hydrogen produced from methane steam reforming), ethanol, biodiesel, besides of the analysis of generation and distribution of electricity in the Brazilian electricity mix. Moreover, the renewable and non-renewable unit exergy costs and CO2 emissions are proposed as indicators, able to assess the renewable and non-renewable specific exergy consumption, the environmental impact and the thermodynamic performance of transportation sector. This procedure allows to hierarchize the exergy conversion processes in the production and end use of transportation fuels, in order to determine the best options for the transportation sector.

O setor de transporte é um exemplo de atividade econômica que depende fundamentalmente das cadeias produtivas do petróleo, gás natural e biocombustíveis para sua operação, além de ser um dos principais consumidores da energia primária do país. Portanto, qualquer melhoria nos processos de produção e uso final dos combustíveis veiculares, repercute favoravelmente tanto na utilização dos recursos energéticos e o desempenho do setor, quanto no impacto ambiental e na economia nacional. Nesse sentido, faz-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia que permita avaliar as diferentes rotas de produção e uso final, para determinar as principais fontes de degradação da energia e quantificar o impacto ambiental por meio de uma ferramenta apropriada. Uma valiosa ferramenta é a análise exergética ampliada, a qual provê uma oportunidade de quantificar os requerimentos exergéticos totais e não renováveis e as eficiências globais e, desse modo, perseguir e priorizar o uso daquelas fontes de energia mais favoráveis e amigáveis com o meio ambiente. A exergoeconomia, que visa à distribuição racional dos custos exergéticos entre os diversos produtos de uma mesma planta, usa a quantidade de exergia de cada produto como base para a distribuição da exergia despendida no respectivo processo. Desta forma, neste trabalho se apresenta uma análise comparativa sobre as rotas de produção e uso final dos combustíveis derivados do petróleo e o gás natural (inclusive o hidrogênio produzido da reforma a vapor), etanol, biodiesel, além da análise da geração e distribuição da eletricidade na matriz elétrica brasileira. Propõe-se o uso dos custos exergéticos unitários renováveis e não renováveis e as emissões de CO2 como indicadores para avaliar a intensidade exergética renovável e não renovável, o impacto ambiental e o desempenho termodinâmico no uso final. Este procedimento permite hierarquizar os diferentes processos de conversão de energia na produção e uso final de combustíveis veiculares, a fim de determinar as melhores opções para o setor de transporte. / Transportation sector is an example of economic activity that fundamentally depends on the supply chains of oil, natural gas and biofuels for its operation, as well as being a major consumer of primary energy in the country. Therefore, any improvement that could be achieved in the vehicle fuels production and end use processes, favorably affects both the use of energy resources and industry performance, as well as the environmental impact and the national economy. Accordingly, it is necessary to develop a methodology based on a suitable tool to evaluate the different routes of fuel production and end use, so that the main sources of energy degradation and the environmental impact can be determined and quantified. A valuable tool that serves that purpose is the extended exergy analysis, which provides an opportunity to quantify the total and non-renewable exergy requirements and overall efficiencies, and thereby pursue and prioritize the use of the most environmentally friendly sources of energy. Exergoeconomy, which attempts to rationally distribute the exergy cost among the several products of a single plant, uses the amount of exergy of each product as the basis for the distribution of exergy expended in the respective process. Thus, this work presents a comparative analysis of the production routes and end use of vehicles fuels derived from petroleum and natural gas (including hydrogen produced from methane steam reforming), ethanol, biodiesel, besides of the analysis of generation and distribution of electricity in the Brazilian electricity mix. Moreover, the renewable and non-renewable unit exergy costs and CO2 emissions are proposed as indicators, able to assess the renewable and non-renewable specific exergy consumption, the environmental impact and the thermodynamic performance of transportation sector. This procedure allows to hierarchize the exergy conversion processes in the production and end use of transportation fuels, in order to determine the best options for the transportation sector.