Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-05Bitstream added on 2014-06-13T18:47:02Z : No. of bitstreams: 1 lamas_wq_dr_guara.pdf: 876448 bytes, checksum: 84281f8365b2bd1b6c356067b0c6c181 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia para a alocação dos custos dos produtos por uma mini-estação de tratamento de esgotos, com vistas a realizar a análise da viabilidade econômica do investimento necessário para a sua implantação, inclusive caracterizando-a como a melhor escolha a ser adotada na solução de saneamento básico em zonas rurais e em regiões de limitado poder aquisitivo, além de que tem potencial energético face à sua capacidade de transformar em eletricidadea energia contida no biogás gerado. Essa metodologia á aplicada ao sistema instalado no campus de Guaratinguetá da Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista, tendo sido estabelecidas as condições iniciais a partir da realidade vivida no campus e sendo relacionadas as características termodinâmicas do sistema, a partir do seu diagrama de processo. As características associadas ao diagrama de processo possibilitam construir o diagrama funcional termoeconômico do sistema e determinar as equações referentes às funções exergéticas desse sistema e os respectivos valores das exergias associados. Após esses cálculos, elabora-se um modelo estrutural para avaliar os custos de seus produtos (biogás, biofertilizante, água em condições de re-uso e energia elétrica) e avaliar a viabilidade econômica em função do retorno de capital investido. A seguir, a mesma metodologia á aplicada a um sistema comercialmente disponível, com características de tratamento muito próximas às da mini-ETE. A partir dos resultados obtidos, é possível verificar que a mini-estação de tratamento de esgoto é uma alternativa viável e muito atraente sobre o ponto de vista técnico-econômico, pois além de apresentar auto-suficiência energética, possui um retorno de investimento de aproximadamente um terço do tempo do sistema comercialmente disponível com características semelhantes para tratamento. / In this work a methodology that allows for the allocation of costs of the generated products for a small wastewater treatment station is developed, and used to perform an analysis of its economic feasibility, to justify the investment, beside its characterization as one of the best choice to be adopted as a basic sanitation solution in rural areas, and in areas characterized by low income population, together with a major energy potential because of its capability to transform the generated biogas into electric energy. For this purpose, the methodology is applied to a system established at Guaratinguetá Campus, School of Engineering, São Paulo State University. After establishing initial conditions based on site evaluation, the thermodynamics features of the system are related based on its process diagram. Such features, associated to process diagram, make it possible to build the thermoeconomi functional diagram for the system under analysis and, after words, the equations related to exergetic functions for the system are determined and the exergy values are calculated. After these calculations, a structural model is developed, in order to provide its products costs (biogas, biofertilizer, water in reuse conditions and electric energy). The economic viability is evaluated as a function of the estimated return on investment. The same methodology is then applied to a commercially available system, with characteristics close to a small wastewater treatment station. Based on the results of this work it is possible to verify that the small wastewater treatment station is a viable and attractive alternative in the technical and economic point of view, showing self-sufficiency in energy, and a pay-back period about one-third of estimated time of the commercial system referred to with similar features.

Resumo: Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia para a alocação dos custos dos produtos por uma mini-estação de tratamento de esgotos, com vistas a realizar a análise da viabilidade econômica do investimento necessário para a sua implantação, inclusive caracterizando-a como a melhor escolha a ser adotada na solução de saneamento básico em zonas rurais e em regiões de limitado poder aquisitivo, além de que tem potencial energético face à sua capacidade de transformar em eletricidadea energia contida no biogás gerado. Essa metodologia á aplicada ao sistema instalado no campus de Guaratinguetá da Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista, tendo sido estabelecidas as condições iniciais a partir da realidade vivida no campus e sendo relacionadas as características termodinâmicas do sistema, a partir do seu diagrama de processo. As características associadas ao diagrama de processo possibilitam construir o diagrama funcional termoeconômico do sistema e determinar as equações referentes às funções exergéticas desse sistema e os respectivos valores das exergias associados. Após esses cálculos, elabora-se um modelo estrutural para avaliar os custos de seus produtos (biogás, biofertilizante, água em condições de re-uso e energia elétrica) e avaliar a viabilidade econômica em função do retorno de capital investido. A seguir, a mesma metodologia á aplicada a um sistema comercialmente disponível, com características de tratamento muito próximas às da mini-ETE. A partir dos resultados obtidos, é possível verificar que a mini-estação de tratamento de esgoto é uma alternativa viável e muito atraente sobre o ponto de vista técnico-econômico, pois além de apresentar auto-suficiência energética, possui um retorno de investimento de aproximadamente um terço do tempo do sistema comercialmente disponível com características semelhantes para tratamento. / Abstract: In this work a methodology that allows for the allocation of costs of the generated products for a small wastewater treatment station is developed, and used to perform an analysis of its economic feasibility, to justify the investment, beside its characterization as one of the best choice to be adopted as a basic sanitation solution in rural areas, and in areas characterized by low income population, together with a major energy potential because of its capability to transform the generated biogas into electric energy. For this purpose, the methodology is applied to a system established at Guaratinguetá Campus, School of Engineering, São Paulo State University. After establishing initial conditions based on site evaluation, the thermodynamics features of the system are related based on its process diagram. Such features, associated to process diagram, make it possible to build the thermoeconomi functional diagram for the system under analysis and, after words, the equations related to exergetic functions for the system are determined and the exergy values are calculated. After these calculations, a structural model is developed, in order to provide its products costs (biogas, biofertilizer, water in reuse conditions and electric energy). The economic viability is evaluated as a function of the estimated return on investment. The same methodology is then applied to a commercially available system, with characteristics close to a small wastewater treatment station. Based on the results of this work it is possible to verify that the small wastewater treatment station is a viable and attractive alternative in the technical and economic point of view, showing self-sufficiency in energy, and a pay-back period about one-third of estimated time of the commercial system referred to with similar features. / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Giorgio Eugenio Oscare Giacaglia / Banca: Luiz Octavio Mattos dos Reis / Banca: Joaquim Antonio dos Reis / Banca: José Rui Camargo / Banca: Sebastião Cardoso / Doutor

Liquefied natural gas (LNG) cold utilization in small scale regasification stations is a novel topic in the industry, while such systems have been proven feasible in large scale LNG facilities. Cold recovery and utilization in LNG regasification facilities would increase the thermodynamic efficiency and reduce cold pollution. The aim of the study is to analyze the possibility to apply industry-proven thermodynamic cycles in small scale satellite regasification stations for electricity production, taking the characteristics of a real-world regasification station project in Druskininkai, Lithuania for which useful cold utilization is not currently planned. Direct Expansion (DE) and Rankine (ORC) Cycles are analyzed together with cascading using Aspen Hysys software to find the optimal solution considering thermal and exergy efficiency as well as the payback period. Thermoeconomically feasible retrofit solutions of approximately 13% thermal efficiency and approximately 17% exergy efficiency showing payback periods of 5 to 10 years and 3.3 to 6 thousand euro additional capital expenditure (CAPEX) per net kW of power production are found. Increase in complexity of thermodynamic cycles is directly proportional to both increased thermodynamic efficiencies and capital costs and the study proves that there is a limit at which increase in thermodynamic efficiency of a cycle by cascading becomes economically infeasible. Future work is suggested to improve the accuracy of the results by rigorous design to evaluate pressure drops as well as improvements in economic analysis by utilizing the discounted cash flow methodology. Sensitivity analysis of LNG physical and chemical conditions as well as ambient air could be performed whereas changes in working fluid and better engineering of the part related to intial heat exchange could improve thermodynamic efficiencies. Alternative solutions with a higher temperature heat source are also suggested.

Detailed thermodynamic, kinetic, geometric, and cost models are developed, implemented, and validated for the synthesis/design and operational analysis of hybrid solid oxide fuel cell (SOFC) – gas turbine (GT) – steam turbine (ST) systems ranging in size from 1.5 MWe to 10 MWe. The fuel cell model used in this thesis is based on a tubular Siemens-Westinghouse-type SOFC, which is integrated with a gas turbine and a heat recovery steam generator (HRSG) integrated in turn with a steam turbine cycle. The SOFC/GT subsystem is based on previous work done by Francesco Calise during his doctoral research (Calise, 2005). In that work, a HRSG is not used. Instead, the gas turbine exhaust is used by a number of heat exchangers to preheat the air and fuel entering the fuel cell and to provide energy for district heating. The current work considers instead the possible benefits of using the exhaust gases in an HRSG in order to produce steam which drives a steam turbine for additional power output. Four different steam turbine cycles are considered in this M.S. thesis work: a single-pressure, a dual-pressure, a triple-pressure, and a triple-pressure with reheat. The models have been developed to function both at design (full load) and off-design (partial load) conditions. In addition, different solid oxide fuel cell sizes are examined to assure a proper selection of SOFC size based on efficiency or cost. The thermoeconomic analysis includes cost functions developed specifically for the different system and component sizes (capacities) analyzed. A parametric study is used to determine the most viable system/component syntheses/designs based on maximizing total system efficiency or minimizing total system life cycle cost. / Master of Science

Com o constante desenvolvimento das áreas urbanas e aumento do consumo energético destinado a conforto térmico, um estudo foi realizado para formulação de uma metodologia de análise termoeconômica de sistemas distritais de resfriamento. O objetivo principal é descrever uma metodologia referente à implantação de sistemas distritais no Brasil, por sua vez, o objetivo secundário é aplicar a metodologia no estado de São Paulo, analisando as premissas utilizadas na metodologia. Primeiramente, apresentou-se uma visão geral e revisão de literatura dos sistemas de aquecimento e resfriamento distrital, indicando suas vantagens e desvantagens, bem como as diversas aplicações e desafios para sua implantação. Aplicações no cenário mundial foram expostas e analisadas, demonstrando que sua utilização em diversos países se estende por décadas. As principais vantagens observadas nas aplicações existentes estão relacionadas a maior eficiência energética e exergética global, redução das emissões de gases poluentes e confiabilidade do sistema. Por fim, a metodologia aplicada está apresentada em cinco etapas, de forma ordenada, baseando-se nas etapas de um projeto de sistemas distritais. Seu resultado é baseado em rotinas, simulações de processos e procedimentos de otimização, bem como aplicação de indicadores energéticos. Ao final das etapas e seu desenvolvimento matemático obtém-se um estudo preliminar de viabilidade da implantação de um sistema distrital. O estudo de caso apresentado aplica a metodologia para a cidade de São Paulo buscando descrever com detalhamento as premissas e etapas descritas. / The constant development of urban areas and increased energy consumption for thermal comfort encourage studies that formulate a methodology for thermoeconomic analysis of district cooling systems. The main objective is to describe a thermoeconomic methodology related to the implementation of district systems in Brazil. The secondary objective is to apply the methodology in the state of São Paulo, analyzing the premises used in the methodology. At first, an overview and literature review of district heating and cooling systems was presented, indicating their advantages and disadvantages, just as the various applications and challenges for their implementation. Applications on the world stage have been introduced and analyzed, demonstrating that their use in several countries extends for decades. The main advantages observed in the existing applications are related to global energy and exergy efficiency, reduction in greenhouse gases and reliability of the systems. Finally, the applied methodology is presented in five steps in an orderly manner based on the steps of a district system project. Its result is based on routines, process simulations and optimization procedures, as well as application of energy indicators. At the end of the steps and their mathematical development a preliminary study of the feasibility of the implantation of a district system is obtained. The present case study applies the methodology for the city of São Paulo and describe in detail the premises and steps.

Submitted by JOSÉ RAMON COPA REY null (jcoparey@gmail.com) on 2018-09-14T03:34:23Z No. of bitstreams: 1 Tesis José R. Copa Rey.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) Previous issue date: 2018-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O bagaço e a palha são resíduos do processamento industrial da cana-de-açúcar que constituem uma importante fonte de recurso para cogeração de energia no setor sucroalcooleiro. Os sistemas de cogeração neste setor geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo e o excedente é vendido as concessionárias de energia. Porém, estes sistemas encontram-se bem abaixo do potencial real. Uma alternativa tecnológica que poderá contribuir com a oferta de excedentes de energia elétrica é a introdução da tecnologia BIG-GT (gaseificadores de biomassa associados a turbina a gás e caldeira de recuperação). O presente trabalho, tem como objetivo o estudo termoeconômico da incorporação desta tecnologia em usinas sucroalcooleiras como alternativa para o aumento de geração de eletricidade. As análises energéticas e exergéticas foram realizadas para quatro possíveis configurações de uma usina sucroalcooleira com a integração da tecnologia BIG-GT com o objetivo de avaliar a eficiência de geração de eletricidade e vapor de processo, bem como o aproveitamento global de energia de cada uma delas. Na análise termoeconômica, é determinado o custo de produção de gás de gaseificação, eletricidade e vapor do processo no sistema proposto, assim como, tempo de recuperação do investimento. Na parte final do trabalho foi realizada a otimização multiobjetiva do sistema considerando três funções objetivo: tecnológica, econômica e ambiental, para identificar a configuração com melhor comportamento. De acordo com os resultados obtidos no estudo conclui-se que o caso III que estuda a gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado e mistura de oxigênio-vapor de gaseificação e o caso IV que além da gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado com mistura de oxigênio-vapor estuda a queima suplementar de palha na caldeira de recuperação, apresentam-se como as melhores das opções propostas. / Bagasse and straw are residues from the industrial processing of sugarcane that constitute an important source for cogeneration of energy in the sugar-alcohol sector. The cogeneration systems in this sector generate mechanical or electrical power and steam, which are used in the process itself and the surplus is sold to energy distribution companies. However, these systems are well below real potential. One of the technological alternatives that may improve the supply of surplus electricity is the introduction of BIG-GT technology (biomass gasifier associated with gas turbine and Heat recovery steam generator). In this work, it is proposed to conduct thermoeconomic studies of the incorporation of this technology in the sugarcane ethanol plants as an alternative to increasing the supply of electricity generation. The energetic and exergetic analyses were performed for four possible configurations of a sugarcane ethanol plant with the integration of BIG-GT technology with the objective of evaluating the efficiency of electricity generation and process steam as well as the global energy utilization of each one of them. In the thermoeconomic analysis, it is determined the cost of production of producer gas, electricity and steam of the process in the proposed system, as well as the investment payback period. In the final part of the work, it is developed the multiobjective optimization of the system considering three objective functions: technological, thermoeconomic and environmental, for identifying the configuration with better behavior. According to the results obtained in the study, it is concluded that case III and case IV are presented as the best of the proposed options. / 1450304