Orientador: José Vicente Hallak d'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_ThallesAllan_M.pdf: 2702197 bytes, checksum: 32c6cee79361c26e4489867146b0682e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Por se tratar de um combustível fóssil menos emissor de gás carbônico ao meio ambiente do que outros combustíveis, a demanda mundial de gás natural para sua utilização como fonte energética tem aumentado nos últimos anos. No entanto, quando a quantidade requerida de importação do gás natural é alta e é grande a distância entre os países fornecedores e compradores, o transporte do gás por meio de gasodutos torna-se inviável, acarretando na necessidade de produção de gás natural liquefeito. Ao se liquefazer a uma temperatura próxima a -160 °C, o volume do gás natural é reduzido em até 600 vezes, permitindo ser transportado a grandes distâncias por meio de embarcações especiais. Na liquefação do gás natural estão envolvidos ciclos de refrigeração que podem ser utilizados por diferentes rotas. Os principais tipos de ciclo de refrigeração são o ciclo de compressão de vapor e o ciclo de absorção. Nesse trabalho, foram simulados no programa Aspen HYSYS, versão 7.3, os ciclos cascata e APCI para a produção de GNL, que utilizam ciclos de refrigeração por compressão de vapor. O coeficiente de desempenho global do ciclo APCI alcançado com as simulações foi maior que o do ciclo cascata: 1,690 contra 0,839. Em seguida, um dos subciclos de compressão de vapor envolvidos no ciclo APCI foi substituído por um subciclo de absorção de efeito simples, utilizando-se diferentes combinações de pares refrigerante/absorvente (NH3/H2O, NH3/DMF, R22/DMF e R134a/DMF). O ciclo com o par NH3/DMF foi aquele com os melhores resultados para o coeficiente de desempenho. Finalmente, foram realizadas duas etapas de otimização dos ciclos propostos: uma delas através da maximização do COP dos ciclos de refrigeração e outra baseada na minimização dos custos dos processos, referentes aos custos dos principais equipamentos envolvidos. A maximização conseguiu atingir COP igual a 2,062 para o ciclo cascata e 2,505 para o ciclo APCI. Dentre os pares avaliados no ciclo APCI modificado, o par NH3/DMF manteve-se com o melhor COP do subciclo de absorção. Na minimização dos custos, obteve-se o custo dos equipamentos de US$ 4,1 milhões para o ciclo cascata e US$ 14,3 milhões para o ciclo APCI original. Em relação aos pares do ciclo APCI modificado, o par NH3/H2O apresentou os menores custos, tanto antes quanto depois da otimização, alcançando US$ 9,8 milhões / Abstract: Because it is a fossil fuel that emits less carbon dioxide to the environment than other fuels, worldwide demand for natural gas for use as energy source has increased in recent years. However, when the required amount of imports of natural gas is high and there is a great distance between suppliers and buyers of the gas, the gas transportation through pipelines it is not feasible, resulting in the need to produce liquefied natural gas (LNG). When the gas reaches a temperature close to -160 ° C, its volume is reduced by up to 600 times, allowing the liquefied natural gas to be transported over long distances through special ships. Liquefaction of natural gas involves refrigeration cycles that may be used by different routes. The main types of refrigeration cycle are the cycle vapor compression cycle and absorption cycle. In this study, it was simulated, on Aspen HYSYS, version 7.3, the cascade and the APCI cycles, to roduce LNG using vapor compression refrigeration cycles. The overall COP for the APCI cycle achieved after the simulations was greater than that the cascade cycle coefficient of performance: 1.690 against 0.839. Then, a vapor compression subcycle involved in the APCI cycle has been replaced by a single-effect absorption cycle, using different combinations of refrigerant/absorbent pairs (NH3/H2O, NH3/DMF, R22/DMF and R134a/DMF). The modified APCI cycle using the pair NH3/DMF was the one with the best results for the coefficient of performance. Finally, two stages of the proposed optimization cycles were performed: one through the maximization of the COP of the refrigeration cycles and one based on the minimization of process costs, regarding the costs of major equipment involved. Maximization has achieved COP equal to 2.062 for the cascade cycle and 2.505 for the APCI cycle. Among the pairs evaluated in the modified APCI cycle, the pair NH3/DMF remained with better COP of the absorption subcycle. In minimizing of costs, it was obtained the equipment cost of $ 4.1 million for cascade cycle and $ 14.3 million for the original APCI cycle. Regarding the modified APCI cycle, the pair NH3/H2O had showed the lowest cost, both before and after optimization, reaching $ 9.8 million / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

[pt] Gás Natural Liquefeito (GNL) vem sendo transportado desde 1959 em navios metaneiros, elos essenciais na movimentação do GNL entre as locações de produção e consumo. Este trabalho apresenta modelagens para: (i) mecânica do derrame e espalhamento de fluido criogênico no mar, decorrente de punção no casco desses vasos, e (ii) subsequente incêndio de difusão turbulenta. A revisão bibliográfica contempou seis décadas, e não foram encontradas evidências de que os temas, espalhamento criogênico e incêndio da poça com difusão turbulenta, tivessem sido tratados em único trabalho. Essa lacuna foi identificada, e os assuntos foram acoplados de forma inédita e implementados em dois códigos computacionais. O derrame/espalhamento é modelado com formulação integral conservativa, tendo como parâmetros a área do rasgo, área máxima da poça derramada e tempos de descarga e vaporização do criogênico no mar. O escoamento foi modelado com rasgos de 1 a 100 m(2) coerentes com a indústria de GNL, formando poças semicirculares. A modelagem da pluma térmica contempla poças circulares entre 10 e 500 m de diâmetro, bem como zonas de combustão e intermitência da pluma térmica. Provê esquema consistente e robusto para o desenvolvimento de parâmetros adimensionalizados de escala, possibilitando correlacionar e extrapolar o comprimento da pluma visível, com a inclinação e o arrasto da mesma, com o poder emissivo de sua superfície e a vazão mássica de vaporização do combustível criogênico na poça. Avalia também: (i) a variação axial do poder emissivo com a altura da pluma visível, (ii) a queima do combustível ao longo da zona luminosa (base do incêndio), e (iii) o transporte de radiação térmica emitida por gases cinza e partículas de fuligem na zona de combustão, considerando a emissão e absorção nas regiões oticamente fina e espessa da pluma térmica. / [en] Liquefied Natural Gas (LNG) has been carried since 1959 in methane carriers, which are the essential link in the movement of LNG between the locations of production and consumption. This thesis presents modeling to: (i) the fluid mechanics of spills/scattering at sea of a cryogenic fluid, due to puncture the hull of these vessels, and (ii) the subsequent burning of the pool by turbulent diffusion fire. The literature review contemplated six decades, and no evidence was found that the themes such as scattering of cryogenic pool followed by turbulent diffusion fires were treated in a single work. This gap was identified, and the subjects were connected in an unprecedented manner and implemented in two computer codes. The spill/scattering is modeled with conservative integral formulation, having as parameters the area of maximum pool poured on the sea and unloading and vaporization times of cryogenic. The flow was modeled with tears between 10 and 100 m(2), consistent with the LNG industry, forming semicircular pools. The modeling of the fire thermal plumes considers circular pools with diameters varying between 10 and 500 m, and combustion and intermittency zones of the thermal plume. Provides a consistent and robust scheme for the development of dimensionless scale parameters, allowing to correlate and extrapolate the length of the visible plume, with the its tilt and drag, its surface emissive power and with cryogenic fuel vaporization mass flow rate in the pool. It also evaluates: (i) the axial variation of emissive power with height of the visible plume, (ii) the burning of fuel along the luminous zone (the base of the fire), and (iii) the transport of thermal radiation emitted by gray gases and soot particles within the combustion zone, considering the emission and absorption in optically thin and thick regions of the thermal plume.

[pt] Esta dissertação apresenta dois estudos de caso de Plantas Industriais que atualmente utilizam Óleo Combustível e/ou Carvão como fontes de energia para seus processos. Dada a grande relevância destes combustíveis em seus custos de manufatura e seu caráter estratégico para a estabilidade das operações, torna-se extremamente pertinente a busca contínua por alternativas mais econômicas, com garantia de oferta no longo prazo e atendimento aos requisitos ambientais cada vez mais restritivos. Uma particularidade importante para as duas plantas é a sua localização em regiões brasileiras sem oferta de Gás Natural (GN) canalizado. Neste contexto, o Gás Natural Liquefeito (GNL) é a alternativa logística estudada neste trabalho para suprimento de GN para as plantas estudadas. Ainda não ocorrem no Brasil importações de GNL, entretanto a primeira descarga do combustível deve ocorrer em breve e pode passar a ser fonte regular de energia para diversos consumidores. Exatamente por ser tão recente enquanto alternativa de suprimento de energia para o mercado brasileiro, busca- se conhecer suas características logísticas e, considerando o valor de investimento necessário, avaliar a viabilidade econômica de sua implementação. / [en] This dissertation presents two case studies of Industrial Plants that currently use Fuel Oil and/or Coal as source of energy for its processes. Given the great importance of these fuels in the manufacturing costs and its strategic role to the stability of the operations, it is extremely relevant the continuous search for most economic alternatives, with long term supply security and alignment with more and more restrict environmental standards. An important particularity of these two plants is its location in Brazilian areas without availability of Natural Gas (NG) in pipelines. Therefore, the Liquefied Natural Gas (LNG) is the logistic alternative to supply the NG to the plants under analysis. Still Brazil does not import LNG, however the first unloading of this fuel shall happen very soon and may become a regular source of energy to many consumers. Exactly for being such a recent energy supply alternative to the Brazilian market, it is so important to understand its logistic and, considering the value of needed investments, evaluate its economic viability of implementation.

Orientador: Sergio Valdir Bajay / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T02:09:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_FranciscoJoseRochade_M.pdf: 2082998 bytes, checksum: 6b17535d59d9d8fe0bb7be02166c05d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo desta dissertação é ampliar a compreensão da geração termelétrica, em particular das termelétricas a gás natural, e da relação entre os setores elétrico e de gás natural no Brasil. Especial atenção é conferida aos leilões públicos de energia, particularmente aqueles na modalidade disponibilidade de energia, opção que tem permitido a contratação de empreendimentos termelétricos a combustíveis fósseis. O trabalho faz avaliação da atratividade do investimento em térmica a Gás Natural Liquefeito - GNL já contratada em leilões públicos. Traz, também, estimativa da competitividade de termelétricas, com ênfase para as termelétricas a GNL. Verificou-se que a capacidade instalada das termelétricas a gás natural deverá ser significativamente ampliada até 2017, o que reforçará o vínculo entre os setores elétrico e de gás natural. Foi constatado que o custo de geração em uma termelétrica a gás natural é fortemente influenciado pelo período de tempo durante o qual ela permanece em operação e pelo preço do gás natural. Adicionalmente, constatou-se que o investimento na construção das termelétricas a GNL contratadas na modalidade disponibilidade de energia mostra-se bastante atrativo / Abstract: The objective of this thesis is to improve the understanding of thermal power, in particular natural-gas-fired power plants, and the relationship between the power sector and the natural gas sector in Brazil. Close attention is paid to the public auctions to hire energy, especially the ones aimed at hiring capacity, option which has allowed the hiring of fossil-fuel power plants. The thesis gives an idea of the attractiveness of the investment in a Liquefied Natural Gas - LNG powered plant hired in a public auction. It also presents an assessment of the competitiveness of thermal plants, with emphasis to the LNG-fired power plants. It was learnt that the natural-gasfired power plant capacity will increase significantly until 2017, which will reinforce the bond between the power sector and the natural gas sector. Another important finding is that the generation cost of a natural-gas-fired power plant is strongly influenced by the length of time it operates and by the natural gas price. Furthermore, the study shows that the investment in the construction of a LNG powered plant hired in a public auction is very attractive / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos