El elevado costo de los combustibles líquidos en la actualidad y la alta contaminación producto de su combustión, hace necesario buscar nuevas alternativas energéticas. En consecuencia, el gas natural se presenta como la mejor alternativa para reducir costos energéticos con bajo impacto ambiental. Estos fundamentos son los que conllevan a la búsqueda de alternativas de solución al suministro energético diferenciado tal como el Gas Natural Comprimido (GNC). En el presente documento se realiza el estudio Másico, Energético, Exergético y de Costos (EXCEM por sus siglas en Ingles) de una Unidad de Compresión de Gas Natural (UCGN), componente principal de una Estación de Carga de GNC) con el Objetivo de determinar los costos de producción del GNC y su variación respecto de variables operativas del equipo. Para esto se eatableció la siguiente hipotesis: “El incremento de la Eficiencia Exergética de la Unidad de Compresión de Gas Natural de una Estación de Carga de GNC reduce del costo de producción de GNC.” Basados en esto se plantea como objetivo principal determinar la relación existente entre la Eficiencia Exergética de la UCGN en una Estación de carga de GNC y el costo de producción de GNC. Para llegar al objetivo principal se plantean como objetivos secundarios identificar los subsistemas energéticos de la UCGN, así como sus Flujos de Energía mediante una metodología de evaluación aplicable a sistemas energéticos (EXCEM) para que a través del establecimiento de las Bases Teóricas que gobiernan el funcionamiento de la UCGN se puedan determinar sus principales parámetros de funcionamiento y cuantificar los procesos de conversión de Energía y como estos influyen en los costos asociados a la producción de GNC. Los resultados de este estudio se basan en tres puntos de operación los cuales permiten determinar un análisis de sensibilidad del Costo Exergético de GNC y la Eficiencia Exergética de la UCGN en donde se demuestra que la hipótesis planteada en esta tesis es correcta. Finalmente, como conclusión principal se establece que la reducción del Costo de producción de GNC para un ciclo de trabajo es proporcional al incremento de la eficiencia exergética del sistema. / Tesis

Thesis (M.A. in National Security Affairs)--Naval Postgraduate School, June 2004. / Thesis advisor(s): Barak Salmoni. Includes bibliographical references. Also available online.

Sumario: Análisis del sector; Estudio de mercado; Marco legal; Estudio técnico; Organización de empresa; Estudio económico financiero; Evaluación del proyecto; Conclusiones; Anexos.

Thesis (M.Sc.). / Written for the Dept. of Earth and Planetary Sciences. Title from title page of PDF (viewed 2008/05/14). Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--Oregon State University, 2003. / Printout. Includes maps in pocket. Includes bibliographical references (leaves 187-195). Also available online.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T04:23:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 196104.pdf: 953414 bytes, checksum: 45641d2e87b3f908ddb3f34febe9ebb3 (MD5) / Cogeração é a produção simultânea de energia eletromecânica e térmica, a partir de uma mesma fonte de energia primária. No presente trabalho são propostos e analisados sistemas de cogeração a gás natural aplicados no setor hospitalar em um contexto de Conservação de Energia. No Brasil, nesse momento em particular, a importância desse contexto é clara, devido à crise de suprimento de energia elétrica cujas principais causas são: (i) ausência de uma política energética capaz de atender ao alto crescimento da atividade industrial dos últimos anos; (ii) estiagem prolongada, uma vez que aproximadamente 90% da energia elétrica produzida no país vem de grandes hidrelétricas; (iii) baixa capacidade do sistema de distribuição integrado. Além disso, conservar energia traz reflexos diretos sobre a diminuição de impactos sociais e ambientais advindos da produção de energia elétrica, sejam devidos à emissão de gases poluentes em termelétricas ou devidos à formação de grandes reservatórios das hidrelétricas. Os sistemas de cogeração analisados são baseados em três tipos diferentes de células-combustível, visando avaliar e comparar os respectivos desempenhos energéticos, exergéticos e econômicos, além das emissões de CO2. Células-combustível são unidades que convertem diretamente a energia química de um combustível em eletricidade, num processo eletroquímico que não tem relação com a limitação imposta pela eficiência de Carnot. Assim, a eficiência das células-combustível é comparativamente mais alta do que um ciclo termodinâmico convencional de geração de energia eletromecânica - por exemplo, o ciclo de Rankine - e atinge valores em torno de 45%. Simulações numéricas são realizadas para a célula-combustível e para diferentes sistemas de cogeração, visando determinar da viabilidade técnica, econômica e do impacto ambiental decorrente da emissão de CO2. Os resultados das simulações mostram um desempenho energético, exergético e ambiental satisfatório. De um modo geral, todos os sistemas de cogeração propostos apresentam boa perspectiva de viabilização, dependendo do cenário econômico considerado, conforme resultados obtidos de análises de sensibilidade da tarifa de gás natural, tarifa de eletricidade, valor de excedente e taxas verdes sobre a taxa interna de retorno e o prazo de retorno de investimento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255208.pdf: 2089796 bytes, checksum: dd59b911ffb4c24b6cfbd914bab5e8d7 (MD5) / A utilização do hidrogênio como combustível requer desenvolvimento tecnológico nas áreas de produção, transporte e aplicação. Devido às dificuldades na implantação de infraestrutura para a sua distribuição, aliado à baixa densidade energética volumétrica obtida no armazenamento do hidrogênio gasoso, um considerável esforço de pesquisa tem sido direcionado para o desenvolvimento de tecnologia de processamento de combustíveis, convertendo-os em gás rico em hidrogênio, diretamente no ponto de utilização. Esta tecnologia é conhecida como reforma e é uma opção viável para permitir o desenvolvimento e teste em escala comercial da aplicação das células a combustíveis na geração distribuída de energia elétrica. O objetivo deste trabalho é analisar a produção do hidrogênio a partir da reforma de gás natural em um reator compacto. Para isso, desenvolve-se uma concepção de reator de reforma, e analisam-se as condições da reforma a vapor do gás metano. Na reforma a vapor do metano, uma mistura de vapor de água e metano escoa ao longo de um reator catalítico e deseja-se que as reações químicas favoreçam a decomposição do metano e do vapor de água em gás hidrogênio e dióxido de carbono. O monóxido de carbono é um produto indesejável, pois causa envenenamento irreversível de células a combustível tipo membrana de troca de próton (PEM). O reator catalítico apresenta em geral um leito de partículas porosas ou um monolito como suporte do catalisador, o qual é usualmente um metal ou um óxido metálico de elementos do grupo VIII da tabela periódica. Como a reação de reforma a vapor é endotérmica, uma fonte externa de calor distribuída é necessária para obter condições ótimas de distribuição de temperatura e fluxo de calor ao longo do reator. O trabalho inicia-se com uma análise termodinâmica de equilíbrio químico que visa determinar as concentrações em equilíbrio dos produtos da reforma como função das condições de temperatura e pressão no reator. A partir da verificação das condições de operação ótimas, um modelo numérico para a transferência de calor e massa com reação química em um leito catalítico suportado em uma matriz monolítica porosa é desenvolvido. O modelo de reator é acoplado a uma fonte de calor externa que fornece calor de forma distribuída por radiação e convecção superficial. O modelo fornece os valores limites de geometria e parâmetros de operação, como vazões e potências, e as condições necessárias para máxima produção do hidrogênio em relação ao metano e seletividade em relação ao monóxido de carbono.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2007. / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275532.pdf: 10974698 bytes, checksum: cc355f7f7ac767c0a5f0cc1f78f5f233 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um programa de simulação térmica de fornos rotativos, que seja bastante versátil e que permita avaliar o comportamento térmico deste tipo de forno com diferentes concepções e sob diferentes condições operacionais, para servir como uma ferramenta auxiliar no seu projeto e na avaliação de sua viabilidade técnica e econômica. O foco da utilização do programa de simulação desenvolvido neste trabalho é o projeto de um forno rotativo para a produção de agregado de argila calcinada, como forma de solucionar o problema da disponibilidade de materiais de qualidade para a construção civil e pavimentação em regiões distantes dos centros produtores. Assim, uma revisão da utilização de agregados de argila calcinada em obras de construção civil é apresentada e uma rota de produção deste agregado em um forno rotativo é proposta. O modelo matemático e o funcionamento geral do programa de simulação computacional de fornos rotativos desenvolvido neste trabalho são descritos, e resultados de diversas simulações realizadas são apresentados como estudos do comportamento térmico do forno rotativo da planta produtiva proposta. Finalmente, com base nos dados levantados no decorrer deste trabalho e nos resultados das simulações computacionais são sugeridas diversas recomendações de projeto para o forno rotativo para produção de agregado de argila calcinada, com vistas a um aumento da qualidade do processo de calcinação e a redução do consumo de combustível.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329613.pdf: 87446038 bytes, checksum: 93868fd87ad7aedfe8cd7062fa8fbd48 (MD5) Previous issue date: 2014 / Na produção de gás natural, é de grande importância que todo e qualquer líquido presente no poço seja carregado pelo gás até o separador. O acúmulo de líquido no poço devido à perda de capacidade do gás em arrastá-lo decorre do próprio envelhecimento do reservatório, mas também da sensibilidade das propriedades dos hidrocarbonetos a variações de pressão e temperatura durante transientes de produção. Desta forma, a redução da quantidade de movimento do gás ascendente gera um escoamento oscilatório do líquido que, ao se acumular no poço, aumenta sua queda de pressão, reduzindo assim, ou até mesmo interrompendo, a produção. A fim de abordar o fenômeno acima descrito, denominado carga de líquido (liquid loading), é necessário compreender a interação entre o poço e a região adjacente do reservatório. Adicionalmente, é necessário possuir ferramentas capazes de resolver o escoamento bifásico no poço em função tanto do espaço quanto do tempo. Embora a literatura seja rica em trabalhos sobre escoamentos gás-líquido em canais ver ticais, estes resultam, em sua maioria, em correlações empíricas ou modelos simplificados para o cálculo da queda de pressão e das frações volumétricas das fases em condições de regime permanente. Mesmo que tais relações sirvam de critério para a ocorrência do fenômeno de liquid loading, elas não possibilitam a descrição da sequência de eventos que levam à transição entre os regimes de escoamento unidirecional ascendente e oscilatório. Este trabalho apresenta um modelo diferencial unidimensional para o cálculo do escoamento gás-líquido transiente em tubos verticais com altas frações de gás (padrões anular e churn). Equações de conservação de natureza hiperbólica para a massa, quantidade de movimento e energia são propostas para as fases gasosa e líquida, a qual é dividida entre os campos de filme contínuo e gotículas arrastadas pelo núcleo de gás. Relações de fechamento para o cálculo do atrito na parede e na interface do filme, além de expressões para as taxas de entranhamento e deposição de gotículas, foram obtidas da literatura. Um algoritmo de solução por diferenças finitas baseado no método da separação da matriz de coeficientes foi implementado a fim de melhor lidar com variações acentuadas no domínio espaço-temporal, tais como ondas de pressão e de retenção de fases. Os resultados do modelo foram comparados com dados experimentais de regime permanente obtidos de oito referências da literatura, somando mais de 1300 pontos para o gradiente de pressão, a vazão do filme de líquido e a retenção gasosa. Para estas variáveis, a concordância entre o modelo e os dados foi em margens inferiores a ± 20%. O modelo foi avaliado também contra dados experimentais para escoamentos gás-líquido transientes em um tubo vertical de 42 m de comprimento e diâmetro de 0,049 m (Waltrich, 2012). Transientes induzidos por variações de pressão e de vazão de líquido na seção de testes foram simulados, conferindo níveis de concordância entre dados experimentais e modelo matemático também inferiores a ± 20%.<br> / Abstract : In the production of natural gas, it is essential that all liquids are carried upwards by the flowing gas up to the separator. The accumu- lation of liquid in the well and the decrease in the gas capability to lift the liquid are natural processes associated with the ageing of the reservoir itself, but are also related to sensitivity of the properties of hydrocarbons to pressure and temperature variations during transient production. At a given point, a reduction in the gas momentum gives rise to an oscillatory motion of the liquid, which increases the pressure drop in the well, thereby reducing or even interrupting the production prematurely. To understand the phenomenon of liquid loading described above, it is necessary to understand the interaction between the well and the near wellbore region of the reservoir. Additionally, mathematical tools are needed to solve the two-phase flow of gas and liquid in the time and space domains. Despite the large number of works on gas-liquid flows in vertical channels available in the literature, these are mostly either empirical correlations or simplified models for the calculation of pressure drop and phase fractions at steady state. Although sim- ple relationships serve as criteria for the occurrence of liquid loading, they fail to describe the sequence of events that lead to the transition between the unidirectional and bidirectional (oscillatory) flow regimes. This work presents a one-dimensional differential model for calcu- lating gas-liquid transient flow in vertical tubes with high gas fractions (annular and churn flow patterns). Hyperbolic conservation equations for mass, momentum and energy are proposed for the gas and liquid phases, which is split between a continuous film and droplets entrained in the gas core. Closure relationships to calculate the wall and in- terfacial friction and the rates of droplet entrainment and deposition were obtained from the literature. A finite-difference solution algo- rithm based on the Split Coefficient Matrix Method was implemented to deal with sharp variations in the spatial and temporal domain, such as pressure and phases holdup waves. The model results were com- pared with steady-state experimental data from eight different sources, totaling more than 1300 data points for pressure gradient, liquid film flow rate and gas holdup. For these variables, the agreement between the model and the data was within less than ± 20%. The model was also compared against experimental data for transient gas-liquid flows in a 42-m long, 0.049-m ID vertical tube (WALTRICH, 2012). Pressure and flow rate-induced transients were simulated, with levels of agree- ment between the experimental data and the mathematical model also smaller than ± 20%.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:52:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329555.pdf: 2245875 bytes, checksum: 68ab2445db32f1b2517d277e1f5bcd6e (MD5) Previous issue date: 2013 / A disponibilidade de gás natural normalmente ocorre em regiões distantes dos centros consumidores. Para que seja possível o atendimento das demandas, é necessário prever formas de transporte que atendam de maneira confiável, eficiente e segura o abastecimento dos consumidores. No caso do gás natural é comum o transporte por longas distâncias através de gás comprimido em gasodutos ou liquefeito em navios.A escolha da melhor rota normalmente é baseada em critérios econômicos ou mesmo estratégicos. O que se discute ao longo desse trabalho é a aplicação de um modelo de análise exergética que contempla os principais modais atuais de transporte de gás natural. Nesse sentido são comparadas as rotas dos gasodutos com a alternativa de transporte por GNL, considerando as diferenças associadas à energia consumida e a exergia investida, destruída e perdida. O modelo considera a disponibilidade do gás natural na origem, analisando os custos exergéticos específicos relativos à massa e à distância considerados para deslocá-lo até o seu destino.Os resultados do modelo de gasoduto proposto apontam para uma exergia destruída da ordem de 0,81 kJ/km na estação de compressão, requerendo um investimento de 1,51 kJ/km para cada quilograma de gás natural transportado. Para o GNL a exergia investida equivale a 1,45 kJ/km para cada quilograma de gás natural transportado, incluindo os processos de liquefação, transporte marítimo e regaseificação, com uma exergia destruída correspondente a 0,89 kJ/km para cada quilograma de gás natural na distância equivalente ao raio de inversão. A exergia perdida vale 0,34 kJ/km para o gasoduto e 0,30 kJ/km para o GNL para cada quilograma de gás natural transportado.O raio de inversão, onde a exergia investida total no transporte por gasoduto torna-se superior à investida pelo GNL, situa-se em 9436 quilômetros, equivalendo a uma perda de 28% da exergia química presente no gás natural.Com o modelo proposto espera-se dispor de uma ferramenta de suporte para futuras tomadas de decisões, pautando a escolha da rota também pelo critério de melhor utilização da energia no processo de transporte.<br> / Abstract : The natural gas is often transported covering long distances from field to consumers. To make this supply possible, it's important to plan the transportation to provide a trustful, efficient and safe supply chain to the customers. In natural gas chain, one usually has two main different modes of transportation: gas pipelines or liquefied in LNG carriers.A natural gas pipeline uses pressure from compressors to move the gas through the pipeline. The Liquefied Natural Gas (LNG) reduces its volume for bulk transportation generally using LNG carriers from loading terminal to the receiving terminal, requiring storage and vaporization systems to fed natural gas into distribution systems. In both cases, energy supply is required in order to handle the losses and deliver the natural gas at required conditions to the consumer.The best transport choice is normally based on economic or strategic criteria. In this work an exergetic analysis is carried out in both modes of transportation, taking into account the exergy destruction, as well as the required exergy to restore the destroyed exergy and the exergy loss, and ensure the gas transportation and delivery under the required conditions by the customers. The models consider the availability of natural gas at the origin of both systems, and consider the transport chain up to the considered destine.A proposed radius of reversal is here called as the balance point, in which both modes present equal exergy cost to transport the natural gas. In case of gas pipelines the exergy destroyed is somewhat about 0,81 kJ/km, requiring 1,51 kJ/km at the compression station to each kilogram of transported natural gas. In case of LNG, the invested exergy is 1,45 kJ/km, including the liquefaction, maritime transportation and regasification, and the overall exergy destruction is 0,89 kJ/km to each kilogram of transported natural gas at the distance of the radius of reversal. The exergy loss is 0,34 kJ/km and 0,30 kJ/km for the gas pipeline and the LNG, respectively, for each kilogram of transported gas. The radius of reversal was matched in 9436 km, showing greater exergetic cost for the pipeline above this distance. At this point, the total loss in the chemical exergy of natural gas corresponds to 28%.