Resumo: Neste trabalho analisa-se a viabilidade técnica e econômica da instalação de sistemas de cogeração, com emprego de turbinas a gás e dois diferentes tipos de trocadores de calor: um utilizando vidro e o outro convencional. Os sistemas são aplicados em uma indústria de transformação de cevada em malte, de médio porte, localizada no Vale do Paraíba. Para cada tipo de tecnologia empregada, seja por operação em paridade elétrica ou térmica, seleciona-se diferentes turbinas comercialmente disponíveis no mercado. Os resultados demonstram que existe viabilidade técnica e econômica para o emprego desta tecnologia na referida indústria. O período de amortização do capital investido é relativamente pequeno em relação à vida útil dos equipamentos empregados. PALAVRAS-CHAVES: Cogeração, Gás Natural, Conservação de Energia, Turbina a Gás. / Abstract: The purpose of this work is to analyses the technical and economic feasibility to install cogeneration systems, using gas turbine associated with two different kinds of heat exchanger: the first utilize glass heat exchanger and second utilize conventional heat exchanger. These systems are being applied in medium sized barley transformation industry into malt located in “Vale do Paraíba”. To each kind of technology, is made a comparison in cogeneration operating in electric parity or thermal parity. Different turbines commercially available are chosen. The results show that there are technical and economic feasibility to make use of this technology in the industry in question. The pay-back period of investment is determinate as a function of annual interest rate, electricity tariff and fuel price. Key Words: Cogeneration, natural gas, energy conservation, Gas turbines. / Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Coorientador: José Luz Silveira / Banca: Julio Santana Antunes / Banca: Messias Borges Silva / Mestre

Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Resumo: Neste trabalho é definido um cenário de transição entre o uso da energia proveniente de combustíveis fósseis e a utilização ainda restrita de certas fontes renováveis, como as biomassas, em especial, uma vez que o emprego de recursos hídricos e eólicos é dependente da sua disponibilidade, e tecnologias de aproveitamento da energia solar ainda demandam aperfeiçoamentos tecnológicos. Durante essa transição cabe otimizar os ciclos tradicionais que consomem óleo diesel e gás natural, visando diminuir o impacto nas reservas e no meio ambiente, aumentando o tempo disponível para a mudança, caso seja necessário. Após uma descrição dos ciclos avançados mais conhecidos é analisado de forma mais detalhada a utilização do ciclo com injeção de vapor (STIG) utilizando gás natural, em duas plantas processadoras de gás natural, incluindo uma comparação com o ciclo Rankine e Brayton convencionais. Esta análise é principalmente focado em Unidades de Compressão de gás natural, visto a grande ênfase que vêm sendo dada à sua utilização, trazendo como conseqüência a necessidade da extensão das redes de gasodutos. Os ciclos são analisados operando nas condições de projeto e com carga parcial ou sobrecarga, motivo pelo qual são formulados modelos termodinâmicos que são apresentados integrados a programas computacionais, considerando a maior quantidade de informações que permitam uma simulação próxima da realidade. Na simulação são considerados os custos de combustíveis e equipamentos, manutenção e, de forma simplificada, os ganhos potenciais provenientes da venda de créditos de carbono. Os objetivos propostos neste trabalho incluem a criação de modelos termodinâmicos para os ciclos estudados e sua simulação, considerando a operação com carga parcial, disponibilizando os dados utilizados de forma organizada... (Resumo completo, clicar acesso completo). / Abstract: This work considers a transition scenario from fossil combustible energy and the restrict usage of renewable sources, specially biomass, just because water and eolic sources depend on their availability, and solar energy usage depends on technological improvements . During this transition, it is important to optimize traditional cycles that use diesel oil and natural gas, for minimizing the impact on natural reserves and environment, increasing the existing time schedule for changes, if necessary. After describing some advanced cycles, this study evaluates in more detail the usage of steam injection cycle (STIG) burning natural gas, applicable to two natural gas production plant, considering the comparison between Rankine and Brayton conventional cycles. This analysis is focused mainly in natural gas Compression Units due to the great emphasis that it has nowadays, with the necessity of increasing the gas pipeline. In this thesis, the cycles are analyzed considering the project part-load and over-load conditions, explaining why there are thermodynamic modeling to be integrated to computer programs to generate informations for a simulation closer to the real operational condition. In the simulation fuel and equipment prices, maintenance costs and, in a simple way, the potential return of investments coming from carbon dioxide credits sales were considered. Proposal goals from this study include new thermodynamic modelling applicable to the studied cycles and its simulation, considering partial load operation, offering the sparse technical and economic data in an organized way. After ending the study it was possible to conclude that the part load operation must be considered and that the oil and gas installation have a potential in energy savings. / Doutor

Orientador: Nelson Ramos Stradiotto / Banca: Regina Massako Takeuchi / Banca: Devaney Ribeiro do Carmo / Banca: Ernesto Chaves Pereira de Souza / Banca: Sérgio Antônio Spinola Machado / Resumo: O gás natural é um combustível que consiste em uma mistura de hidrocarbonetos leves, e, em comparação a outros combustíveis derivados do petróleo (gasolina e diesel) libera uma menor quantidade de CO2, contribuindo para a redução da emissão de gases causadores do efeito estufa. Os compostos sulfurados são componentes do gás natural e também adicionados como odorizantes sendo responsáveis pela liberação de SO2 Palavras Chaves: Compostos Sulfurados, Eletrodos Quimicamente Modificados, Gás Natural, Pentacianonitrosilferrato, XPS. na atmosfera, o qual é prejudicial à saúde humana e um dos causadores da chuva ácida. Uma alternativa para o desenvolvimento de novas metodologias para a determinação de compostos sulfurados é o emprego de técnicas eletroanáliticas utilizando eletrodos quimicamente modificados (EQMs). Neste trabalho o eletrodo de carbono vítreo (CV) foi modificado com os filmes de pentacianonitrosilferratos (PCNF) de cobalto (CoPCNF/CV), níquel (NiPCNF/CV) e cádmio (CdPCNF/CV) e estudados na presença de 2-propanotiol (2PT), sulfeto e tetrahidrotiofeno (THT). Os EQMs foram caracterizados por técnicas voltamétricas (voltametria cíclica, de onda quadrada e pulso diferencial), espectroscopia de fotoemissão de raios-X (XPS) e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução (MEV-FEG). De acordo com os estudos da influência da concentração dos compostos sulfurados nos filmes de PCNF constatou-se a impossibilidade da determinação simultânea de cada espécie, pois os picos de correntes anódicas determinadas pelas técnicas de VOQ e VPD apresentaram uma pequena separação do potencial de pico anódico. Constatou-se que os filmes de PCNF na presença dos compostos sulfurados apresentam um decaimento linear da corrente de pico anódico em... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Natural gas is a fuel that consists of a mixture of hydrocarbons with low molecular weight which release a smaller amount of CO2 compared to other petroleum-based fuels (gasoline and diesel), contributing to the reduction emission of gases that cause the greenhouse. The sulfur compounds are components of natural gas and also added as odorizers and being responsible for the release of SO2 Palavras Chaves: Sulfur compounds, Chemically modified electrodes, Natural gas, Pentacyanonitrosylferrate, XPS. into the atmosphere, which is harmful to human health and one of the causes of acid rain. An alternative to the development of new methodologies for the determination of sulfur compounds is the use of electroanalytical techniques using chemically modified electrodes (CMEs). In this work, a glassy carbon electrode (GC) was modified with cobalt (CoPCNF/GC), nickel (NiPCNF/GC) and cadmium (CdPCNF/GC) pentacyanonitrosylferrate (PCNF) films and studied in the presence of 2-propanethiol (2PT), sulfide and tetrahydrothiophene (THT). The CMEs were characterized by voltammetric techniques (cyclic voltammetry, square wave voltammetry and differential pulse voltammetry), photoemission spectroscopy of X-ray (XPS) and scanning electron microscopy of high resolution (FEG-SEM). According to the studies about the influence of the concentration of sulfur compounds in the PCNF films found an impossibility of simultaneous determination of each species, because the anodic peak intensity current determined by SWV and DPV presented a slight separation of the anodic peak potential. It was found that PCNF films in the presence of sulfur compounds exhibited a linear decay of the anodic peak intensity current as a function of increasing of concentration, due to the formation of a complex on the surface of CMEs. Thus was developed a method for determining of the total sulfur in samples, through... (Complete abstract click electronic ac / Doutor

Resumo: Neste trabalho é analisada a possibilidade de utilização do gás natural como combustível em indústrias frigoríficas em substituição aos combustíveis tradicionalmente utilizados, como a lenha e o óleo. Os estudos são feitos com base numa planta de um frigorífico bovino bastante representativo do setor, que utiliza equipamentos e combustíveis tradicionais para a produção de vapor para processos e compra energia elétrica de uma concessionária. São consideradas algumas opções para a ampliação da capacidade de produção, incluindo a implantação de plantas de cogeração e trigeração a gás natural que são capazes de produzir simultaneamente eletricidade, vapor para os processos e refrigeração para as câmaras frigoríficas. Para fins de avaliação do desempenho são feitas análises energéticas e exergéticas para cada uma das configurações propostas. Por fim, é realizada uma análise termoeconômica, através da Teoria do Custo Exergético, que possibilita determinar os custos exergéticos e monetários e depois avaliar os reflexos dos custos de investimento de capital e do combustível na composição dos custos dos produtos (energia elétrica, vapor e refrigeração). / Abstract: In this work, the possibility of the use of natural gas as fuel in slaughterhouses, substituting the traditional fuels used (firewood and oil), is analyzed. The studies are based on a plant of a quite representative bovine slaughterhouse, which uses equipment and fuels traditional for production of steam for processes and buys electricity of a dealership. Some options for the enlargement of the production capacity are considered, including the implantation of natural gas cogeneration and trigeneration plants, which are capable to produce, simultaneously, electricity, steam for the processes and cooling for the refrigerating chambers. For effect of performance evaluation, energetic and exergetic analyses for each one of the proposed configurations are performed. Finally, a thermoeconomic analysis is accomplished, by means of the Theory of Exergetic Cost, which makes possible to determine the exergetic and monetary costs and to evaluate the reflexes of the costs of capital investment and of the fuel in the composition of the costs of the products (electric power, steam and cooling). / Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Coorientador: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Emanuel Rocha Woiski / Banca: Sílvio de Oliveira Júnior / Mestre

Orientador: Ricardo Alan Verdu Ramos / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Marcelo Moreira Ganzarolli / Resumo: 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 / Abstract: 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 / Mestre