Orientador : Waldyr Luiz Ribeiro Gallo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:50:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EspiritoSanto_DenilsonBoschierodo_D.pdf: 8554274 bytes, checksum: 3cf304628022beb4af95d2fb8ca66638 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Dentro de - um mercado livre de eletricidade-; preocupações ambientais, escassez de- recursos naturais, etc, a avaliação de sistemas- térmicos se toma- uma rerramentabastante importante na tomada de decisões de investimento e de liberação de recursos por parte dos bancos de desenvolvimento em pequenos, médios e grandes projetos de energia. No caso específico da geração de eletricidade o grande número de variáveis e incertezas envolvidas em um projeto termelétrico toma o desenvolvimento de métodos computacionais importante- para mensurar a utilização/conversão de energia com as- variações _ demanda, variações- climáticas, estratégias de operação, condições econômicas (compra e/ou venda de eletricidade, custos de combustível, manutenção, etc), desempenho dos equipamentos, etc. Este trabalho apresenta alguns métodos (clássicos) de representação matemática de processos físicos envolvidos em plantas térmicas de geração de eletricidade. Desenvolve-a compilação- computacional dos métodos para permitir o tratamento de novas situações com bastante agilidade (simulação), revelando- o- desempenhado sistema fora da condição de projeto. Algoritmos computacionais de simulação de sistemas termelétricos permitem revelar-se cenários únicos da operação da planta e análise de parâmetros de influência. O método é aplicado para a análise de possíveis sistemas de cogeração para o Hospital de Clínicas da Unicamp e para uma termelétrica em ciclo combinado com dois níveis de pressão. Os resultados revelam possibilidades de otimização da planta térmica e possibilitam mensurar os benefícios da implementação de novos sistemas ou de melhora de desempenho dos existentes / Abstract: Within a free market of electricity, environmental concerns, scarce natural resources, etc. the evaluation of thermal systems becomes a very important tool for investors' decision making as well as for development banks to avow loans to small, medium-sized and big energy projects. In the specific case of electricity generation, the great number of variables and uncertainties involved in a thermoelectric project make the development of computational methods to measure the utilization/conversion of energy very important; particularly due to variations of demand, c1imatic changes, operational strategies, economic conditions (exchange of electricity with the grid, fuel cost, maintenance, first cost, etc.) and to equipment performance. This work proposes some well-known methods (classic) with mathematical representations of physical processes applied in thermal plants for generation of electricity. It also discuss a compilation of computational methods that can be used with great speed (simulation) in the management of new situations, disc1osing the system operation in conditions other than the one used in the design Computational algorithms here offered for simulation of thermoelectric systems display unique scenarios of a plant operation and analysis of its influential parameters. The method here described was tested in the analysis of possible systems of cogeneration for "Hospital de CHnicas da Unicamp" (university hospital) and for a thermoelectric dual pressure combined cycle. Results show optimization possibilities for thermal plants and demonstrate how to measure the gains of new systems as well as the performance improvement of existing ones / Doutorado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Samuel Conceição de Oliveira / Banca: Rondinelli Donizetti Herculano / Banca: André Ribeiro Lins de Albuquerque / Resumo: Neste estudo, realizou-se a análise da influência da pressão e da temperatura do vapor bem como da implementação de aquecedores regenerativos sobre a geração de bioenergia e a eficiência térmica (energética) em ciclos de cogeração no setor sucroenergético, considerando para priorização da geração de energia elétrica, consumo total do bagaço gerado no processo de produção de açúcar e álcool e moendas acionadas por motores elétricos. Para tanto, foram realizadas simulações dos ciclos de potência a vapor operando em diferentes condições de pressão e temperatura de vapor comumente empregadas no setor (pressão de 67 bar, em temperaturas de 490, 520 e 540°C e pressão de 100 bar à temperatura de 540°C) e temperatura da água de alimentação da caldeira variando entre 115 e 180°C, sendo a menor temperatura (115°C) aplicada em ciclos CEST (Condensing-Extraction Steam Turbine) convencional e as demais (140, 160 e 180°C) em ciclos CEST com pré-aquecedores regenerativos. Foram realizadas simulações para demandas de vapor pelo processo produtivo variando entre 380 e 460 kg/t de cana processada, em intervalos de 20 kg/t. As simulações foram baseadas em equações de conservação de massa e energia aplicadas ao sistema, as quais foram resolvidas usando-se o software Cycle-Tempo. Os resultados obtidos permitiram verificar que: (i) o aumento da temperatura e pressão de vapor proporciona um aumento na geração de energia e na eficiência energética do ciclo; (ii) a introdução de pré-aquecedores fecha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this study, the influence of steam pressure and temperature as well as the implementation of regenerative heaters on the bioenergy generation and thermal (energetic) efficiency in cogeneration cycles in the sucroenergy sector was analyzed. For prioritization of electric power generation, it was considered total consumption of the bagasse generated in the sugar and alcohol production process and mills activated by electric motors. For this purpose, steam power cycle simulations were performed at different pressure and vapor temperature conditions commonly used in the industry (pressure of 67 bar, at temperatures of 490, 520 and 540°C and pressure of 100 bar at a temperature of 540°C) and boiler feed water temperature ranging from 115 to 180°C, the lowest temperature (115°C) applied in conventional Condensing-Extraction Steam Turbine cycles and the other (140, 160 and 180°C) in CEST cycles with regenerative preheaters. Simulations were carried out for steam demands from the production process, varying between 380 and 460 kg/t of processed cane, at 20 kg/t intervals. The simulations were based on mass and energy conservation equations applied to the system, which were solved using the Cycle-Tempo software. The obtained results allowed to verify that: (i) the increase of the temperature and vapor pressure provides an increase on the generation of energy and the energetic efficiency of the cycle; (ii) the introduction of closed high-pressure preheaters in conventional cycles increases both the generation of electrical energy and energetic efficiency; (iii) the implementation of low pressure preheaters in cycles with high pressure preheaters...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O presente trabalho trata do projeto aerotermodinâmico de turbinas a vapor de múltiplos estágios baseado em uma abordagem de técnicas de modelamento unidimensional. Um programa computacional foi desenvolvido para projeto preliminar de turbinas a vapor de múltiplos estágios escritos em linguagem FORTRAN 90, visando à redução do tempo de projeto preliminar, a independência de programas comerciais e o acesso ao código fonte para modificar e implementar novos modelos para melhorar o potencial da ferramenta de projeto. Uma revisão dos principais tipos de turbinas a vapor, seus ciclos termodinâmicos, principais componentes, funcionamento básico e os mecanismos de perdas envolvidos são apresentados. A metodologia de cálculo empregado no projeto preliminar da turbina a vapor e a implementação do International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) são apresentadas, para o cálculo das propriedades termodinâmicas, assim como do critério de vórtice livre e o modelo de perdas desenvolvido por Dunham e Came. Os resultados do programa computacional desenvolvido foram comparados com os resultados do programa comercial desenvolvido pela CONCEPTS NRECTM, AXIAL. A comparação foi realizada para uma turbina a vapor de um estágio e uma turbina a vapor de dois estágios. A análise comparativa foi feita na linha media e mostrou que os resultados do programa computacional desenvolvido estão próximo dos valores calculados pelo programa comercial com desvios e diferenças aceitáveis devido à diferente metodologia, procedimento numérico e calibração do modelo de perdas entre os mesmos.

Orientador: Jorge Isaías Llagostera Beltrán / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:08:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuarineloJunior_FlavioFernando_D.pdf: 112586941 bytes, checksum: 8ca74b9cc6e907dc47ec88f2c901a8b1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O atendimento da demanda crescente de eletricidade, associado à necessidade do cumprimento de metas de emissões de gases causadores do aquecimento global, será um grande desafio ao setor elétrico nas próximas décadas. A geração de eletricidade ainda necessitará de combustíveis fosseis por muitos anos e a busca por eficiência energética nos processos térmicos que envolvem as usinas termoelétricas será determinante ao cumprimento das metas de emissões. Neste contexto, o ciclo combinado tem sido apresentado como a tecnologia mais eficiente e com o menor impacto ambiental quando se considera o uso de combustíveis fósseis na geração de eletricidade. Possui curtos prazos de instalação e custos relativamente baixos em comparação às outras tecnologias, quer façam uso de fontes renováveis ou não, e tem passado por processos de evolução tecnológica que permitem eficiências de até 62%. Mesmo que apresente características tão favoráveis, o desempenho do ciclo combinado é uma tecnologia sensível quando passa a operar em condições ambiente diferentes daquelas especificadas em projeto. A análise do comportamento do desempenho nestas condições é de extrema importância para fins de avaliação da viabilidade técnica e econômica do ciclo no local a ser instalado e é o tema central deste trabalho. Portanto, a proposta deste trabalho é analisar termodinamicamente a operação do ciclo combinado operando em condições fora-de-projeto (off design) através do desenvolvimento de um sistema de equações não lineares que representam os balanços de massa e energia de cada componente e as relações entre si. O conjunto de equações do modelo analítico é resolvido através de uma ferramenta computacional comercialmente disponível, a qual permite a definição de variáveis independentes e das restrições necessárias a uma solução objetiva. A lógica empregada na solução do conjunto de equações define uma relação direta entre as mesmas através da redução do grau de liberdade de uma determinada variável. A modelagem analítica revelou ser uma ferramenta importante na investigação do comportamento do desempenho do ciclo como um todo e a dependência termodinâmica entre os seus componentes / Abstract: The worldwide growing demand for electricity associated with global warming issues is becoming a great challenge to the electric sector for the next decades. As the power generation still depends on the fossils fuels as main source, the combined cycle is further recognized for its better environmental performance in mitigating air pollution and by reducing the global warming effects. Based on this perspective, the combined cycle has been presented as the most efficient technology, by providing advantages due to its smaller environmental impact when considering the use of fossils fuels in power generation. It is characterized by its low capital cost and short construction lead time in comparison with other technologies, whatever type of renewable fuel is being used or not, it has been experiencing a technological evolution that boost its overall efficiencies to more than 62%. Even though it has been presented with such favorable characteristics, the overall efficiency of the combined cycle is very sensitive to environmental conditions as well as running from the base load. By analyzing all thermodynamic parameters in the combined cycle under off - design conditions it can provide a better understanding in order to develop a technical and economical feasibility and it is the core issue of this work. Therefore, the proposal of this work aims to develop a system of non linear equations that represent the mass and energy balances of all component and the thermodynamic relationships among them. The group of equations of the analytical model is solved through a computational tool, commercially available, which allows the definition of independent variables and all constraint needs to reach a target solution. The logic employed in solving the system of equations defines a direct relationship among each combined cycle's component through the reduction of the degree of freedom of a certain variable. The analytical modeling revealed to be an important tool in the investigation of the combined cycle operation behavior as a whole and the thermodynamic dependence among all components / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta uma avaliação comparativa de desempenho termodinâmico de sistemas térmicos em uma unidade industrial de fabricação de celulose e papel Kraft. Foram coletados dados de projeto e operação para o sistema atual de utilidades e de um novo sistema em fase de implantação. A análise exergética é utilizada como ferramenta de avaliação quantitativa e qualitativa para os principais componentes do sistema de cogeração de energia: caldeiras de força, caldeiras de recuperação química, turbinas e válvulas redutoras. Diferentes critérios de desempenho globais e relativos são determinados através de balanços simultâneos de energia e entropia (balanços exergéticos). As irreversibilidades ou entropia gerada nos sistemas são determinadas através da exergia destruída. Esta abordagem revela os principais pontos onde a energia é degradada em sua qualidade, indicando onde devem ser buscadas alternativas de otimização termoeconômica para um melhor aproveitamento dos recursos energéticos disponíveis. / This work presents a comparative evaluation from thermodynamic performance view of thermal systems in a Kraft pulp and paper mill. The design information and the data of the industrial operation were collected for the current utility system and for the new system that has been buit. The exergy analysis is applied as the quantitative and qualitative evaluation tool for the main energy conversion systems: power boilers, chemical recovery boiler, turbines and throttling valves. Different global and relatives performance criteria are estimated by simultaneous energy and entropy balances (exergy balances). The irreversibility or generated entropy in the systems is determined by the destroyed exergy. This approach reveals the places where energy quality is mainly degraded and shows where alternatives for optimization must be sought for a better use of the available energetic resources.

Submitted by Fellipe Sartori da Silva null (fellipe_sartori@yahoo.com) on 2018-03-20T14:29:37Z No. of bitstreams: 1 Determinação do custo de energia gerada através da utilização de células a combustível de carbonato fundido e turbina a vapor em um ciclo combinado.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-03-21T13:25:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_fs_me_guara.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T13:25:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_fs_me_guara.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) Previous issue date: 2018-02-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os modelos energéticos atuais são baseados majoritariamente na utilização de combustíveis fósseis, os quais, além de serem fontes finitas, ainda geram gases poluentes que contribuem para o efeito estufa e, consequentemente, para o aquecimento global. As células a combustível, por possuírem alta eficiência de conversão, baixa emissão, simplicidade de operação e flexibilidade em sua utilização, vêm sendo estudadas como opção mais limpa de geração. A célula a combustível de carbonato fundido, em particular, além de ter vantagens estruturais por operar a alta temperatura, possui calor residual que pode ser aproveitado para cogeração. O presente trabalho propõe uma configuração de ciclo combinado de uma célula a combustível de carbonato fundido de 10 MW, que possui reforma interna de gás natural, com um ciclo a vapor que aproveita o calor residual da célula. A reforma a vapor do gás natural, simulada pelo software STANJAN Chemical Equilibrium Solver, apresentou valores satisfatórios de produção de H2 na temperatura de operação da célula. As análises energética e exergética, simuladas através do software Engineering Equation Solver (EES), apontaram aumentos nas respectivas eficiências globais de 4,8 e 4,6%, respectivamente. A análise exergoeconômica indicou custo de geração de 0,4679 USD/kWh, valor acima das tarifas nacionais. Entretanto, a análise de sensibilidade mostrou que plantas de grande porte com essa configuração podem ser economicamente competitivas em diferentes cenários. / Current researches point to a significant increase in energy demand over the next few years. Energy models are mostly based on fossil fuels, which generates greenhouse gases that contribute to global warming. Thus, it becomes necessary to develop equipment and cycles that operate with greater efficiency, as well as new technologies of energy generation with both fossil and renewable sources. Fuel cells are being widely investigated due to their high conversion efficiency, low emissions, structural simplicity and flexibility. Among several fuel cell types, molten carbonate fuel cell has advantages such as fuel flexibility and high operating temperature, which leads to high thermal energy residue. This residue can be used for cogeneration and combined cycles, in order to enhance the global efficiency. This study aimed to introduce a 10 MW internal reforming molten carbonate fuel cell and steam turbine combined cycle. Steam reforming of natural gas was simulated by STANJAN Chemical Equilibrium Solver and presented satisfactory H2 production at MCFC operating temperature. Simulation in Engineering Equation Solver (EES) of energetic and exergetic analysis showed efficiency increases of 4,8 and 4,6%, respectively. Exergoeconomic analysis pointed to a 0,4679 USD/kWh power cost. However, sensitivity analysis showed that higher plants can achieve economic viability in different scenarios

Este trabalho apresenta uma avaliação comparativa de desempenho termodinâmico de sistemas térmicos em uma unidade industrial de fabricação de celulose e papel Kraft. Foram coletados dados de projeto e operação para o sistema atual de utilidades e de um novo sistema em fase de implantação. A análise exergética é utilizada como ferramenta de avaliação quantitativa e qualitativa para os principais componentes do sistema de cogeração de energia: caldeiras de força, caldeiras de recuperação química, turbinas e válvulas redutoras. Diferentes critérios de desempenho globais e relativos são determinados através de balanços simultâneos de energia e entropia (balanços exergéticos). As irreversibilidades ou entropia gerada nos sistemas são determinadas através da exergia destruída. Esta abordagem revela os principais pontos onde a energia é degradada em sua qualidade, indicando onde devem ser buscadas alternativas de otimização termoeconômica para um melhor aproveitamento dos recursos energéticos disponíveis. / This work presents a comparative evaluation from thermodynamic performance view of thermal systems in a Kraft pulp and paper mill. The design information and the data of the industrial operation were collected for the current utility system and for the new system that has been buit. The exergy analysis is applied as the quantitative and qualitative evaluation tool for the main energy conversion systems: power boilers, chemical recovery boiler, turbines and throttling valves. Different global and relatives performance criteria are estimated by simultaneous energy and entropy balances (exergy balances). The irreversibility or generated entropy in the systems is determined by the destroyed exergy. This approach reveals the places where energy quality is mainly degraded and shows where alternatives for optimization must be sought for a better use of the available energetic resources.