Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1998Bitstream added on 2014-06-13T18:07:37Z : No. of bitstreams: 1 antunes_js_dr_guara.pdf: 1990112 bytes, checksum: fec1ab4e133a1f22bdc262ef1e750b70 (MD5) / Este trabalho apresenta as fases do desenvolvimento de um programa computacional elaborado com a finalidade de selecionar, dimensionar e especificar sistemas de cogeração com turbinas a gás, buscando satisfazer as demandas térmicas do processo (operação em paridade térmica). As configurações utilizadas são: turbina a gás associada à caldeira de recuperação, turbina a gás associada ao sistema de refrigeração por absorção e turbina a gás associada à caldeira de recuperação e turbina a vapor (ciclo combinado). O programa computacional seleciona sistemas de turbinas a gás comercialmente disponíveis no mercado (condições ISO) e faz correções de performance para as condições ambientais do local da instalação. O código computacional efetua análises energéticas, exergéticas, energoeconômicas e exergoeconômicas, sempre buscando escolher os melhores sistemas de turbinas a gás dentre os previamente selecionados. / This work presents the steps to structure a computer program for selecting, dimension and specifying gas turbine cogeneration systems, satifying the termical condition of the process. The following configurations are used: gas turbine associated to the heat recovering, gas turbine associated to the absorption cooling system, gas turbine associated to the recovering and vapor turbine (combined cycles). The computational program selects gas turbine systems commercially available and performs corrections due to the local environment of the gas turbine system. The computational code develops: energetic, exergetic, economic and exergoeconomic analysis, always searching to choose the best gas turbine systems.

Orientador: Ilmar Ferreira Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T18:38:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saracho_CristinaMinioli_M.pdf: 59003578 bytes, checksum: 37d1798dde2cd4a3842a2c432895153f (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho apresenta a formulação das equações de movimento de palhetas flexíveis, acopladas a máquinas rotativas. Estas equações são discretizadas de acordo com o Método dos Elementos Finitos, utilizando uma abordadem tridimensional. Inicialmente, o programa, desenvolvido em linguagem MATLAB, foi utilizado para estudar a variação das freqüências naturais de palhetas de formas geométricas simples em função da velocidade de rotação da máquina. Em uma segunda etapa, este programa foi aplicado na análise dinâmica das palhetas de um compressor industrial. O modelo numérico desenvolvido para a palheta foi ajustado, posteriormente, a partir de medidas experimentais das freqüências da palheta, realizadas em três condições diferentes: livre-livre, montada no compressor e engastada em uma estrutura montada no laboratório. A partir das simulações numéricas e dos diagramas de Campbell das diversas palhetas, as velocidades críticas do compressor são estimadas. Estas velocidades críticas são avaliadas em duas condições distintas: nas condições normais de operação da máquina e durante sua curva de velocidade de partida / Abstract: The development of the equations of motion for flexible blades coupled to rotating machines is presented in this work. These equations are discretized using the Finite Element Method, with a three-dimensional approach. It was firstly developed a computer program using the MATLAB language in order to study the natural frequencies variation in blades with simple geometric shapes, as a function of the angular velocity. Afterwards, this computer program was employed to perform the dynamic analysis of blades of a industrial compressor. The blade numerical model was updated with experimental measurements of its natural frequencies for three different conditions : free-free, mounted on the compressor and clamped in a structure. From numerical simulations and Campbell diagrams of the blades, the critical speeds of the compressor are estimated in two different conditions : normal operation and during its start-up velocity curve / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:18:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_ClaudioMeneghettiEngler_M.pdf: 11223848 bytes, checksum: 4d80eeda9604b8474a4ee6e00a64bc91 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho é resultado do desenvolvimento de um programa computacional para modelagem termodinâmica de sistemas de potência equipados com turbinas a gás. A metodologia adotada para a modelagem e as equações utilizadas para análise termodinâmica de Primeira e de Segunda Lei são descritas para cada equipamento de um sistema térmico de potência. A evolução na eficiência térmica das turbinas a gás observada nas últimas duas décadas, impulsionada pelo desenvolvimento de novos materiais e de novos métodos de resfriamento das partes quentes da turbina, motivou a implementação de um modelo de resfriamento dos estágios de expansão para análise do efeito dos parâmetros de transferência de calor sobre as características de desempenho da turbina a gás isolada ou acoplada com um ciclo a vapor num ciclo combinado. Foram aqui demonstrados os benefícios causados pela elevação da temperatura limite do material das pás da turbina e de diferentes técnicas para redução do fluxo de resfriamento necessário. O modelo desenvolvido possibilitou a avaliação de técnicas modernas de resfriamento utilizadas em turbinas a gás de última geração, incluindo o resfriamento por vapor em circuito fechado / Abstract: This work is the result of a computer program development for thermodynamic analysis of thermal systems equipped with gas turbines. The modeling strategy and equations for analysis based on the First and Second Thermodynamic Laws are described for each equipment of a thermal system. The evolution in gas turbine efficiency seen in the two last decades, caused by new materials and hot parts cooling techniques, motivated the implementation of a cooling model in the gas expansion process in order to investigate the effects of heat transfer parameters over the gas turbine performance characteristics, either isolated or coupled with a steam cycle in a combined cyc1e. The benefits of increasing gas turbine blade material temperature and different techniques for reduction of required cooling flow are demonstrated. The developed modeling allowed the evaluation of latest gas turbine cooling techniques, inc1uding the case of closed-loop steam cooling / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Silvia Azucena Nebra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:43:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarceloModesto_D.pdf: 14975855 bytes, checksum: be2172e6015606c41598d6aac5e29473 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo analisar o sistema de geração de potência da Companhia Siderúrgica de Tubarão e formular uma proposta de repotenciamento, utilizando metodologias de análise termoeconômica. A análise inicial é feita no atual sistema de geração composto por três plantas montadas numa configuração de Ciclo Rankine Regenerativo, supridas por gases siderúrgicos residuais do processo de fabricação do aço. A análise termoeconômica, utilizando a Teoria do Custo Exergético, determina o custo exergético e monetário da produção de potência e de cada fluxo energético. Comparam-se estes custos em condições de projeto e de operação do sistema. A proposta de repotenciamento para este sistema é baseada no ciclo combinado. Considerando-se a disponibilidade de gases para geração e a demanda de energia para a usina siderúrgica são formuladas três propostas de ciclos combinados com caldeiras de recuperação com um, dois e três níveis de pressão de geração de vapor, realizando-se uma análise dos diferentes parâmetros que influenciam no desempenho destas. As propostas de ciclo combinado são avaliadas através da Teoria do Custo Exergético e da Análise Funcional Termoeconômica determinando-se os custos exergético e monetário de produção de potência, sendo çomparadas entre si e em relação ao sistema atual / Abstract: This study has the objective to analyze the power generation system of the Companhia Siderúrgica de Tubarão and to formulate a repowering proposal using the thermoeconomic analysis methodologies. In the first, the analysis is made in the current power generation system compose by three plants using the Regenerative Rankine cycle configuration fueled by blast fumace gas(BFG) and coke oven gas (COG), residual gases ITomsteel production process.The thermoeconomic analysis, using the Theory Exergetic Cost, determines the exergetic and monetary cost of power production and each energetic fluxoThese costs are compared in project and operation conditions. The repowering proposal to this system is based in combined cycle. Considering the availability of the BFG and COG and the energy demand of the steel mill are formufated three configurations of the combined cydes with HRSG (Heat Recovery Steam Generators) using one, two and three steam pressure levels. The proposals are available by Theoy Exergetic Cost and Thermoeconomic Functional Analysis determining the exergetic and monetary cost and comparing the repowering propose and the current cycle / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Resumo: Este trabalho apresenta as fases do desenvolvimento de um programa computacional elaborado com a finalidade de selecionar, dimensionar e especificar sistemas de cogeração com turbinas a gás, buscando satisfazer as demandas térmicas do processo (operação em paridade térmica). As configurações utilizadas são: turbina a gás associada à caldeira de recuperação, turbina a gás associada ao sistema de refrigeração por absorção e turbina a gás associada à caldeira de recuperação e turbina a vapor (ciclo combinado). O programa computacional seleciona sistemas de turbinas a gás comercialmente disponíveis no mercado (condições ISO) e faz correções de performance para as condições ambientais do local da instalação. O código computacional efetua análises energéticas, exergéticas, energoeconômicas e exergoeconômicas, sempre buscando escolher os melhores sistemas de turbinas a gás dentre os previamente selecionados. / Abstract: This work presents the steps to structure a computer program for selecting, dimension and specifying gas turbine cogeneration systems, satifying the termical condition of the process. The following configurations are used: gas turbine associated to the heat recovering, gas turbine associated to the absorption cooling system, gas turbine associated to the recovering and vapor turbine (combined cycles). The computational program selects gas turbine systems commercially available and performs corrections due to the local environment of the gas turbine system. The computational code develops: energetic, exergetic, economic and exergoeconomic analysis, always searching to choose the best gas turbine systems. / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: José Antônio Perrella Balestieri / Banca: Nelson Manzanares Filho / Banca: Messias Borges Silva / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Doutor

Orientador: José Luz Silveira / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: José Antonio Perrella / Banca: Wendell de Queiróz Lamas / Banca: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: Os níveis significativamente elevados dos subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no processamento da cana-de-açúcar oferecem um potencial atrativo para o uso de sistemas que utilizem um gaseificador de biomassa integrado a um ciclo combinado (BIG - GTCC). Neste trabalho propõe-se estudar a incorporação do processo de gaseificação de biomassa para uso em sistema de cogeração com ciclo combinado aplicado ao setor sucroalcooleiro. Foram realizados estudos energéticos, econômicos e ecológicos da incorporação do sistema BIG - GTCC como alternativa para o aumento da oferta de produção de eletricidade em uma típica indústria sucroalcooleira do Brasil. Propõe-se o suo de uma tecnologia de pré-tratamento do bagaço para superar os problemas técnicos existentes ao alimentar, de forma contínua, o reator de gaseificação de bagaço. Na análise econômica, determina-se, inicialmente, o custo de produção de gás de síntese, permitindo alocar os custos de produção de eletricidade, energia mecânica e calor de processo no sistema proposto, considerando três configurações. Na etapa final, são determinadas as emissões de poluentes, o dióxido de carbono equivalente, o indicador de poluição e a eficiência ecológica da planta utilizando o processo de gaseificação com ciclo combinado ao setor. Conclui-se que a aplicação do processo de gaseificação apenas do excedente de bagaço em fluxo de arraste com pré-tratamento de torrefação apresenta-se como a melhor das opções propostas, tanto do ponto de vista termodinâmico, como do econômico e do ecológico / Abstract: The significantly elevated levels of byproducts (bagasse and trash) currently available in the sugar cane industries offer an attractive potential for the use of the BIG - GTCC in the sugar industry. This work aims to make an energetic, economic and ecological studies of the BIG -GTCC (Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine Combined Cycle) system incorporation in the sugar cane industry, as an alternative to increase the levels of electricity generation in this sector. A new technology for the bagasse pre-treatment is proposed in order to overcome the technical problems observed during the continuous feeding of gasifier with sugarcane bagasse as a setting for coupling the gasifier with the sugarcane mill. An energetic analysis of the proposed system was performed. The study also identified the production cost of the synthesis gas, as well as allocated the electricity, heat, and mechanical energy production cost in the proposed system, considering the three studied cases. In the final phase, the pollutant emissions, the carbon dioxide equivalent, the pollution indicator, and the ecological efficiency of the incorporation of the cogeneration process with combined cycle in the traditional Brazilian sugar industries were determined. The main result of the study was that the application of the configuration, where only the surplus bagasse of the conventional plant is gasified in an entrained flow reactor, after pretreatment of the bagasse through a torrefaction process, appears to be economically, ecologically, and technically the best of the proposed options / Doutor

Resumo: Estudos têm sido realizados em relação à utilização de biodiesel em motores alternativos de ciclo Diesel, porém pouco material é encontrado quando se utiliza este combustível em turbinas a gás. Este trabalho analisou os parâmetros de desempenho e emissões de poluentes para várias misturas de biodiesel/querosene de aviação em um turboeixo Rover 1/S60. Os testes mostraram que não houve alterações significativas na operação do turboeixo. O estudo mostrou, também, que houve decréscimo de eficiência térmica e aumento de consumo de combustível com a utilização de misturas mais ricas em biodiesel. As emissões de poluentes também decresceram com o aumento de teor de biodiesel na mistura. / Abstract: Several tests have been performed comparing diesel and several kinds of esthers (biodiesel), most in reciprocating engines but also in micro-gas-turbines. This work studies a stationary turboshaft Rover 1/S60 performance and pollution emissions in the utilization of several blends of aviation kerosene and biodiesel. The tests also show that no significative changes occurred in turboshaft operation. This study also shows an increase of fuel consumption and a decrease in thermal efficiency and a decrease of pollutant species emission as the higher biodiesel proportion at blends are used at turboshaft operation. / Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Pedro Teixeira Lacava / Banca: Petronio Masanobu Tanisho / Banca: Luiz Daré Neto / Mestre

Ingeniero Civil Electricista / Debido al constante aumento en los estándares de producción y calidad, así como las exigencias impuestas por estrictas normativas ambientales y de seguridad, existe en la industria moderna la necesidad de incrementar la eficiencia y complejidad de los sistemas de control asociados. Sin embargo, existen perturbaciones que no pueden ser eficazmente manejadas por los controladores a menos que exista una adecuada caracterización del modo de operación. He ahí la necesidad de incorporar sistemas de monitoreo para detección y aislamiento de anomalías que pudiesen condicionar el funcionamiento del proceso. En este sentido, el objetivo general de este trabajo es diseñar e implementar un sistema supervisor en línea con modelos basados en similitud (SBM) que permita la detección y el aislamiento de anomalías en procesos industriales multivariados y en particular, en el caso de una turbina a gas natural. El diseño del sistema supervisor incluye una etapa preliminar fuera de línea y de tres etapas que operan en tiempo real. La etapa preliminar corresponde al análisis del proceso en estudio y de los modos de falla de interés, así como la generación de los modelos SBM que serán utilizados en la etapa de implementación en línea. A través de esta metodología de estudio de eventos se determinan las variables más relevantes en cada anomalía con el fin de optimizar el procedimiento de generación de modelos. Las etapas asociadas a la implementación en línea se han denominado fases . Fase I genera una señal de alarma si la salida estimada por un modelo clasificador SBM, diseñado en la etapa preliminar, supera un umbral determinado en la etapa preliminar. Si se produce una alarma, entonces se ejecuta la Fase II que determina el vector de residuos entre las salidas medidas y las salidas estimadas por el modelo SBM, para cada posible anomalía en gestación. Fase III calcula el indicador de Hotelling de cada vector de residuos. Se genera una alarma de anomalía si este indicador supera un umbral determinado en la etapa preliminar. Este sistema es aplicado en una turbina a gas natural para el estudio de dos anomalías que ocasionan una disminución significativa en la potencia: (i) temperatura de un álabe fuera de rango (Anomalía #1) y, (ii) suciedad excesiva en el compresor (Anomalía #2). Los porcentajes de detección de las Anomalías #1 y #2 son 96% y 76%, respectivamente. Estos porcentajes se estiman en función del número de datos. Debido al tamaño de los conjuntos de datos disponibles, es imposible en esta aplicación utilizar probabilidades para caracterizar al sistema supervisor. Las principales ventajas de disponer de este sistema supervisor son: (1) con una metodología de estudio de eventos, se obtienen aquellas variables que son más relevantes en cada anomalía, (2) con la Fase I se logran descartar del análisis aquellas observaciones que representan un modo normal de operación y (3) a través de señales binarias Normal o Alarma se logra centralizar la información que entregan todos los modelos.

Orientador: José Alexandre Matelli / Coorientador: José Luz Silveira / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: Pedro Lacava / Resumo: Os métodos mais promissores para reduzir gases de efeito estufa, bem como combater o iminente esgotamento das reservas de energia fóssil, são: a) o uso de combustíveis alternativos obtidos a partir da biomassa, como o biogás ou gás de síntese (syngas); b) o aumento da eficiência do sistema através da redução da percentagem de energia útil perdido para o ambiente. Enquanto a otimização da eficiência de uma determinada máquina da central elétrica, por exemplo, turbina a gás ou compressor, é um desenvolvimento muito demorado, a cogeração pode rápida e significativamente aumentar a eficiência global da central. Neste trabalho, análise termodinâmica, econômica e de emissões de um sistema de cogeração baseado em uma microturbina a gás de 200 kW combinado com uma caldeira de recuperação são conduzidas. Além disso, a operação de biogás e syngas é comparada com a operação de gás natural para investigar a pertinência destes dois combustíveis alternativos para o uso em micro turbinas a gás. A central de cogeração proposta mostrou-se tecnicamente viável para todos os combustíveis, porque a microturbina selecionada é disponível em várias versões, específicas para cada combustível, com sistemas de injeção de combustível otimizados. A central apresentou eficiências energéticas globais de 50,9%, 48,6% e 47,9% para operação com gás natural, biogás e syngas, respectivamente. Devido aos preços muito elevados do gás natural e do syngas, a central de cogeração apresentou viabilidade econômica apenas no caso de operação com biogás, com curtos períodos de retorno de aproximadamente 2,8 anos e alta economia anual esperada. Além disso, o biogás tem a maior eficiência ecológica e, portanto, apresentou-se como a melhor alternativa aos combustíveis fósseis / Abstract: The most promising methods to reduce greenhouse gases as well as counteract against the imminent depletion of fossil fuels are: a) the use of alternative fuels obtained from biomass, such as biogas or bio-syngas; b) enhancing the power plant efficiency by decreasing the percentage of useful energy lost to the environment. Whereas efficiency optimisation of a particular machine in a power plant, e.g. gas turbine or compressor, is a very longsome development, cogeneration can quickly and significantly increase the overall efficiency of a power plant. In this work, energetic, exergetic, emissions and economic analyses of a cogeneration system consisting of a 200 kW micro gas turbine combined with a heat recovery steam generator are introduced and conducted. Furthermore, biogas and syngas operation are compared to natural gas operation, to investigate the adequacy of these two alternative fuels for use in micro gas turbines. The proposed cogeneration plant proved to be technically feasible for all fuels, because the selected micro gas turbine Capstone C200 is available in various, fuel-specific versions with optimised fuel injection systems. The plant presented overall energetic efficiencies of 50.9%, 48.6% and 47.9% for natural gas, biogas and syngas operation, respectively. Due to very high natural gas and syngas prices, the cogeneration plant presented economic feasibility only in case of biogas operation, with short payback periods of approximately 2.8 years and high expected annual saving. Moreover, biogas has the highest ecologic efficiency and was therefore found to be the best alternative to fossil fuels / Mestre

Orientador: Celso Eduardo Tuna / CoOrientador: José Luz Silveira / Banca: Eliana Vieira Canettieri / Banca: João Andrade de Carvalho Júnior / Banca: Christian Jeremi Coronado Rodriguez / Banca: Carlos Manuel Romero Luna / Resumo: 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... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 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 / Doutor