Orientador: Silvia Azucena Nebra de Perez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T08:40:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_LourencoGobira_D.pdf: 2286993 bytes, checksum: 9be242b04e4640bec3bb9397c2679294 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A alta dos preços do petróleo aliada ao aumento da participação do gás natural na matriz energética nacional força a sociedade a pensar em usos mais racionais para o gás, tanto por necessidades econômicas quanto ambientais. O hidrogênio é apontado por alguns autores como combustível do futuro, portanto aproveitar o gás natural como matéria-prima para produzir hidrogênio é uma das alternativas para melhor uso do gás. Este trabalho faz a análise exergoeconômica de dois processos básicos de produção de hidrogênio a Reforma a Vapor do Metano, SMR, e a Reforma Autotérmica do Metano, AtR, usando a Teoria do Custo Exergético, TEC, e a Análise Funcional, AF. É proposta a introdução de cogeração usando uma turbina movida a gás natural e outra movida a gás de síntese para os dois processos, gerando quatro casos de estudo onde a possibilidade de produzir excedentes para venda foi considerada. Foi feita a otimização dos processos com dois objetivos: busca da maior produção de hidrogênio e busca da menor geração de irreversibilidade. Os resultados mostram que a cogeração é uma possibilidade a ser estudada com cuidado, pois o custo de produção da eletricidade precisa ser competitivo com o mercado energético brasileiro. Os quatro casos de estudo mostraram boa flexibilidade para otimização dos processos / Abstract: The prices of Petroleum allied to the increase of the participation of the Natural Gas in the national energy matrix have forced the society to search for more rational uses for the gas by economic and environmental reasons. According to some authors, hydrogen is the fuel of the future and the production of hydrogen from natural gas is an alternative to improve the gas uses. This work performs an exergoeconomic analysis of two basic processes to produce hydrogen, Stem Methane Reforming, SMR, and Autothermal Reforming, AtR, using the Theory of Exergetic Cost, TEC, and the Functional Analysis, AF. Two cogeneration possibilities in the processes are also considered, resulting in four study cases with the possibility of producing surplus of electric energy to sell. And an optimization study is performed to improve the hydrogen production and reduce the irreversibility. The results shown that cogeneration is a useful possibility but must be applied according to the Brazilian energy market. The optimization process increased the results in the four cases / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

O hidrogênio molecular (H2) é um gás muito útil nas indústrias químicas e petroquímicas por conta de sua facilidade de reação com outros elementos químicos. Nas refinarias é o principal insumo no processo de remoção do enxofre de diversos combustíveis como a gasolina e óleo diesel, tendo sua demanda aumentada por conta de novas legislações ambientalmente mais restritivas. O hidrogênio é normalmente encontrado na natureza associado a outros elementos químicos, como a água ou os hidrocarbonetos, sendo necessária a aplicação de processos específicos para sua obtenção. Considerada a rota mais econômica para a produção de hidrogênio, o processo de reforma a vapor do gás natural é avaliado pela aplicação da metodologia de análise exergética e termoeconômica, a fim de determinar a eficiência exergética do processo e o custo de produção do hidrogênio. Este custo de produção é muito sensível ao custo do gás natural, fato que pode prejudicar a competitividade desta rota de produção e, consequentemente, abrir a possibilidade de investir na produção de hidrogênio através de tecnologias alternativas. A unidade de geração de hidrogênio estudada está presente em uma das refinarias da Petrobras e sua produção destina-se à remoção do enxofre presente no óleo diesel. Uma planta síntese do processo foi elaborada e as eficiências exergéticas dos componentes foram determinadas. Em seguida, foi realizada uma análise econômica para determinar o custo de construção, operação e manutenção da planta. Com base nos resultados obtidos, aplicou-se a metodologia de análise termoeconômica para determinar o custo de produção de hidrogênio. Dois tipos de custo foram determinados, o custo atual (ou atualizado) de produção, que indica o custo corrente (2010) do produto, e o custo nivelado, que leva em consideração a produção total prevista ao longo vida útil da planta. Para um custo de gás natural igual a 9,11 US$/GJ, o custo de produção do hidrogênio em base exergética foi igual a 17,36 US$/GJ (2.093,13 US$/t) para o valor atual e 25,35 US$/GJ (3.056,97 US$/t) para o valor nivelado. Por fim, estes valores são comparados com outros custos de produção de hidrogênio presentes na literatura. / Pure hydrogen (H2) is an useful gas in chemical and petrochemical industries because it reacts easily with several other elements. On refineries, hydrogen is used to sequestrate sulphur from diesel and gasoline. Emission restrictions regard to fossil fuels are rising the world hydrogen demands. In spite of its abundance, hydrogen is normally found associated with other chemical species like water or hidrocarbons like methane or butane. Some especific processes are required to obtain pure hydrogen. Considered the most economic production route, the natural gas reforming process is analyzed by exergetic and thermoeconomic methods in order to determine the efficiencies and the hydrogen production cost. The hydrogen production cost is very sensitive to the cost of natural gas, which has suffered constant increases due to rising demand. This fact opens the possibility of using technologies that were previously considered economically unviable. The hydrogen unit studied was constructed in one of the Petrobras refineries, and the hydrogen produced is for the removal of sulfur in diesel oil. Based on project documents exergetic efficiencies of each component were determined. After that, an economic analysis was conducted in order to determine the construction, operation and maintenance costs of the whole plant. Two types of cost were determined, the actual cost production, which indicates the current cost product (2010), and the levelized cost, which takes into account the total production over life of the plant. Considering a natural gas cost equal to 9.11 US$/GJ, it was obtained an actual hydrogen production cost of 17.36 US$/GJ (2,093.13 US$/t) and a levelized cost of 25.35 US$/GJ (3,056.97 $/t). These values were compared with some hydrogen production costs presents on scientific papers and related references.

Este trabalho apresenta os resultados obtidos na comparação - através da contabilidade em emergia, em termoeconomia e em análise econômico financeira - de sistemas energéticos agropecuários. O objetivo deste estudo é o de reunir em um único trabalho três métricas distintas de atribuição de custos, considerando suas limitações e seus indicadores. Comparam-se três configurações: o primeiro utiliza um sistema de geração de energia instalado em uma usina autônoma no Estado de São Paulo; o segundo um motorgerador alimentado com biogás produzido em um biodigestor de dejetos bovinos, integrado à usina, e o terceiro sistema um motorgerador alimentado com biogás produzido em um biodigestor de dejetos suínos que, para efeito do estudo também é integrado aos sistemas anteriores. Realiza-se a análise em emergia, termoeconomia e economia financeira, comparando-se as configurações com a finalidade de possibilitar uma visão multimétrica sobre as interações. Verifica-se que ao integrarmos os biossistemas, utilizando suas biomassas residuais como insumo de geração de eletricidade, o custo da eletricidade gerada é reduzido. A metologia empregada neste trabalho possibilita uma visão por três aspectos dos biossistemas: a visão ambiental por parte da emergia, a visão termodinâmica interna através dos rendimentos da primeira e segunda lei da termodinâmica por parte da termoeconomia e por fim a visão do investidor, que apresenta os resultados econômics financeiros da integração dos biossistemas. / This work shows the results obtained when compairing the account in emergy, in Thermoeconomy and in an economic analysis of energy farming energy systems. The goal of this study is to assemble in an unique work three different ways of attributing costs, considering their restrictions and indexes. Three configurations are compaired: the first one uses an energy generation system installed in a sugar-ethanol plant in São Paulo. The second operates with a generator fed with biogas from a biodigestor of cattle manure that is integrated to the plant.The third system operates with a generator that receives pig slurry that is also integrated to the plant. The goal of quantifying the emergy on these systems, the thermoeconomic and the economic analysis in to make possible a wide view about the implications on these integrations.It is shown that when the biosystems are integrated, using their residual biomass as an input to electricity generation, the electricity cost is reduced. The methodology of this work makes possible seeing three aspects of the biosystems: the environmental sight by emergy, the inner thermodynamic sight given by the first and the second thermodinamic laws by the thermoeconomy and the investor sight that presents the economic financial results of the biosystems integration.

Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T22:38:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torres_EdnildoAndrade_D.pdf: 13527046 bytes, checksum: 2bdddb79f470aacf65fd63fc3a41cb13 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho faz uma análise exergética e termoeconômica da central de cogeração do Pólo Petroquímico do Nordeste. A unidade termoelétrica analisada está em funcionamento há mais de vinte anos e opera fornecendo energia elétrica, vapor, gases industriais etc., para as empresas coligadas deste pólo. O principal combustível utilizado é o resíduo asfáltico; entretanto, há complementação com resíduos líquidos e gasosos provenientes do próprio processo. A energia elétrica é gerada em turbogeradores a vapor e a gás; complementandoa demanda elétrica do pólo é importada parte da energia elétrica da concessionária, fonnando o pool de energia a ser distribuída com as empresas coligadas. O vapor, após ser expandido nas turbinas (ainda superaquecido) é em parte utilizado no processo e o restante é exportado para o complexo industrial. Foi realizada uma análisecom base na segunda lei da termodinâmica e são apresentadas as eficiências exergéticas para os principais subsistemas, assim como são também calculadas as irreversibilidades. São identificados os sistemas que apresentam as principais perdas exergéticas como também a sua participação com relação à perda total da planta. A análise termoeconômica é um dos pontos fundamentais do trabalho, pois são mostrados os custos exergéticos unitários e monetários para os principais fluxos energéticos, para os volumes de controle estudados. Esta análise é realizada para diversos casos, simulada com dados reais de operação em dois períodos distintos, assim como também para possíveis cenários que poderão ocorrer de acordo com a realidade operacional da unidade industrial / Abstract: This work makes an exergetic and thermoeconomic analysis on the cogenaration system of a Petrochemical Complex. The cogeneration unit analysed has been operating for more than twenty years, and operates supplying electric energy, steam, industrial gases, among other utilities, to the companies associated with the ComplexoThe main fuel used is the refinery residual fuel-oil; however, there are fuel suplements like residual liquids and gases coming from the Petrochemical plant. The electric energy is produced by steam turbogenerators and gas turbines. To supply the energy Complex demand, part of the electric energy is imported from the national grid, giving rise to the pool of energy to be distributed to the associated companies. After the steam has been expanded in the turbines (still superheated), part of it is used in the petrochemical process, part is exported to the industrial complex. Once a second law analylis for the main subsystems is made, and the exergetic efficiencyis presented, the irreversibilities are calculated. The systems presenting the greater exergetic losses are identified, (and) their participation in the totalloss of the plant is weighted. The thermeconomic analysis is also central point in this work, since it shows the exergetic unit cost and monetary, of each flow and to the also control volumes analyzed. This analylisisapplied to different cases, simulated with real operational data obtained in two different periods, and also to to scenary cases which can occur according to operational decisions, or fuel and electricity cost variations / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Resumo: Este texto descreve as linhas de pesquisa em que o autor atuou após o seu doutorado relacionadas a área de energia, abrangendo os seguintes tópicos: análise exergética e análise exergoeconômica. As produções científicas aqui descritas foram resultados obtidos a partir das pesquisas do autor e de orientações de alunos de pós-graduação, além de resultados de colaborações com outros pesquisadores do grupo de pesquisa que participa. Dentre as principais contribuições dos artigos publicados, estão o desenvolvimento e aplicação de metodologia de análise exergoeconômica para diversas configurações de sistemas de geração de energia térmica e elétrica, e também a participação na construção de um protótipo reformador a vapor de biogás e de um gaseificador de leito fluidizado no Laboratório de Otimização de Sistemas Energéticos da UNESP, campus de Guaratinguetá. O autor está classificado na base Scopus com um índice h igual a 9, e no Google Acadêmico com um índice h igual a 11, demonstrando a relevância de suas 19 publicações em revistas indexadas de elevado fator de impacto / Abstract: This text describes the lines of research in which the author acted after his doctorate related to the energy area covering the following topics: exergetic analysis and exergoeconomic analysis. The scientific productions described herein were results obtained from the author's research and guidance from graduate students, besides the results of collaborations with other researchers from the research group that participates. Among the main contributions of the articles published, are the development and application of exergoeconomic analysis for various configurations of thermal and electrical generation systems, and also the participation in the construction of a biogas steam reformer prototype and a fluidized bed gasifier in the Energy Systems Optimization Laboratory of UNESP, Guaratinguetá campus. The author is classified in the Scopus base with an h index of 9, and in Google scholar with an h index equal to 11, demonstrating the relevance of its 19 publications in indexed journals with high impact factor

Orientadores: Silvia Azucena Nebra e Elizabeth Ferreira Cartaxo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual se Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_RicardoWilsonAguiarda_D.pdf: 17244783 bytes, checksum: a03d0eedccd3e72d383d8e704276c5cf (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho procurou-se apresentar um panorama da geração isolada de energia elétrica pelo Sistema CEAM, quanto às suas características técnicas e econômicas, e do mercado de conservação de pescado do interior do Estado do Amazonas, como bases para desenvolver um método que permita avaliações da introdução de cogeração nessas usinas, visando a produção de mo e gelo, como forma de elevação da lucratividade. Para tanto é mostrado que uma usina autônoma produzindo apenas energia elétrica no cenário interiorano amazonense não tem como ser lucrativa no cenário atual. Foi utilizado como ferramentas básicas elementos da teoria dos motores de combustão interna sob carga variável, teoria das máquinas de remgeração por absorção água-amônia e métodos termoeconômicos baseados na primeira e segunda lei da Termodinâmica. O quadro típico das usinas do interior é mostrado por dados coletados em visitas a cinco usinas, sendo duas delas de outros estados que não o Amazonas, mas que conservam características comuns com as usinas amazonenses. O mercado de pescado é discutido sobre dados bibliográficos. E, do cruzamento desses quadros, são inferidas características da interdependência entre remgeração industrial e energia elétrica / Abstract: This investigation shows a panorama of the isolated power generation of the Amazon State CEAM System regarding its technical and economic characteristics, as well as the problems of the refrigeration facilities of the tishing industry of inland the State, focusing to develop methods to evaluate the introduction of cogeneration in the generation system to the enhance its protitability. Meanwhile, it is shown that a autonomous power station can not expect to become protitable in the Amazonian nowadays scenario if it uniquely produces electric energy. To achieve this objective the main theoretical background were elements of the theory of internal combustion engines under variable charge, the theory of aquammonia absorption refiigeration devices, and methods belonging to thermoeconomics based on tirst law and second law of thermodynamics. A typical profile of the stations of the CEAM System is showed by collected data on tive autonomous power stations among the Northern Brazilian autonomous power grid. The tive power stations preserve common characteristics among them. The market of the tishing industry is showed by bibliography surveyed data. These data made possible to infer the profound relationship between refiigeration and electric energy / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

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.