Submitted by Ricieri Fornazari Filho (ricieri.fornazari@gmail.com) on 2018-07-26T14:37:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Ricieri Fornazari Filho.pdf: 5238639 bytes, checksum: 37aec4ee567ed4046866f1a6f1be7a09 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-07-30T13:52:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fornazarifilho_r_me_bauru.pdf: 4325526 bytes, checksum: 1bd8c929f67ded30499ed09950b7e38e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-30T13:52:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fornazarifilho_r_me_bauru.pdf: 4325526 bytes, checksum: 1bd8c929f67ded30499ed09950b7e38e (MD5) Previous issue date: 2018-07-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Desenvolver e projetar plantas de potência otimizadas é uma constante e antiga busca da engenharia de energia. Para tal, os modelos de ciclos foram constantemente aprimorados ao longo do tempo. Através de estudos que procuram incorporar funções que descrevam a realidade mais precisamente, o equacionamento de irreversibilidades presentes nos processos e dispositivos reais de interações de trabalho e calor é vasto na literatura. Uma modelagem matemática foi desenvolvida para um ciclo Brayton irreversível com inter-resfriamento, regeneração e reaquecimento. As irreversibilidades consideradas são provenientes das resistências térmicas nos trocadores de calor do ciclo, do comportamento não isentrópicos dos elementos de expansão e compressão, da perda de calor para o reservatório frio e das perdas de carga nas tubulações ao longo do escoamento do fluido de trabalho. O método de otimização escolhido foi uma função termoeconômica a qual relaciona potência líquida com diversos tipos de custos de uma planta de potência, tais como custos de investimentos, de combustíveis, ambientais e de operação e manutenção. A modelagem matemática consistiu em determinar todas as temperaturas e parâmetros de interesse do ciclo através do conhecimento de apenas uma temperatura, denominada temperatura de controle. A partir de variações nesta temperatura foi possível estabelecer o comportamento dos demais parâmetros do ciclo e relacioná-los com irreversibilidades e parâmetros construtivos. O presente trabalho apresentou um modelo de ciclo Brayton não encontrado na literatura, acopladas diversas fontes de irreversibilidades sob a ótica de uma função de custos de quatro termos. Os resultados obtidos demonstram que a faixa ótima para operação em máxima potência difere da faixa ótima para operação sob máxima eficiência, sendo que a operação termoeconômica maximizada se aproxima mais da última do que da primeira. Foi observado também que as perdas de carga e as resistências dos trocadores de calor são irreversibilidades significativas no ciclo de potência. / Developing and designing optimized power plants is a constant and ancient search for energy engineering. For this, cycles models have been constantly improved over time. Through studies that seek to incorporate functions that describe the reality more precisely, the equating of irreversibility present in real processes and devices of work and heat transfer interactions is vast in the literature. A mathematical modeling has been developed for an irreversible Brayton cycle with inter-cooling, regeneration and reheating. The irreversibility considered are due to thermal resistances in the heat exchangers of the cycle, to the non-isentropic behavior of the elements for expansion and compression, to the heat loss to the could reservoir and to the head loss on the pipes along the working fluid flow. The optimization method chosen was a thermoeconomic function that relates the net power to various types of costs of a power plant, such as investment costs, fuel costs, environmental costs and operation and maintenance costs. The mathematical modeling consisted on determining all the cycle temperatures and parameters of interest through the knowledge of only one temperature, called control temperature. From variations in this temperature, it was possible to establish the behavior of the other parameters of the cycle and relate them to irreversibility and constructive parameters. The present work presented a model of Brayton cycle not found in the literature, coupled several sources of irreversibility under the optics of a four terms cost function. The results obtained demonstrate that the optimal operational range under maximum power differs from the optimal operational range under maximum efficiency, and the maximized thermoeconomic operation is closer to the latter than the first. It has also been observed that the head losses and the resistances in the heat exchangers are significant irreversibility in the power cycle.

No atual período de incertezas na geração e transmissão de energia elétrica no Brasil, a utilização dos sistemas de cogeração com uso de gás natural, tornou-se uma grande oportunidade econômica, estratégica e tecnológica, para as pequenas e médias empresas, considerando a extensão e perspectivas de expansão da rede de distribuição de gás natural. Uma empresa farmacêutica para se manter competitiva e reduzir o impacto dos custos indiretos em seus produtos, necessitava aumentar sua linha de injetáveis, produzindo no Brasil alguns medicamentos que até então eram importados de filiais em outros países e para que isto fosse possível, teria de investir na construção de novos laboratórios, compra de equipamentos, aumento de utilidades para sua fabricação como vapor de água para injetáveis, sistema de HVAC para salas limpas, o que levaria a um aumento de consumo de energia, vapor, água de refrigeração. Este investimento inviabilizaria a produção desta nova linha de produtos, pois tanto o custo do investimento em novas centrais de utilidades, quanto mais o custo desta geração e sua manutenção, decretariam um fim para a esta empreita. Neste trabalho, apresentou-se uma alternativa como solução para viabilizar esta instalação, trocando-se os chillers convencionais por um chiller de absorção, que alem de consumir pouca energia elétrica utilizando a troca térmica entre brometo de lítio e vapor para gerar água de resfriamento para o sistema de ar condicionado, o sistema proposto proporcionou um aumento de fornecimento de vapor não só para alimentar o sistema de HVAC como para a produção da fabrica, anexo a esta caldeira de recuperação é proposto a instalação de uma turbina á gás com condições suficientes de gerar energia elétrica para todo o site e ainda ter condições de negociar o excedente de energia para ser vendido para a concessionária. O resultado deste sistema proposto demonstrou uma excelente eficiência, frente ao sistema convencional, o que tecnicamente se apresentou como muito viável. / In the current period of uncertainty in the generation and transmission of electric energy in Brazil, the use of cogeneration systems using natural gas, has become a great economic opportunity, strategic and technology for small and medium enterprises, considering the extent and prospects for expansion of the distribution of natural gas. A pharmaceutical company to remain competitive and reduce the impact of indirect costs in their products, needed to increase its line of injectables, producing here in Brazil some drugs that were previously imported from subsidiaries in other countries and to make this possible, would invest in building new laboratories, purchase equipment, increase of utilities for its manufacture steam as water for injection, the HVAC system for clean rooms, leading to an increased consumption of energy, steam, cooling water. This investment would make impracticable the production of this new line of products, therefore not only the cost of the investment in new central offices of utilities, the more the cost of this generation of utilities and its maintenance, would decree an end for the this take over on a contract basis. In this work, presented as an alternative solution to enable this facility, exchanging conventional chillers for an absorption chiller, which besides consume little electricity using the heat exchange between lithium bromide to generate steam and cooling water for the air conditioning system, the proposed system provided an increased supply of steam to feed not only the HVAC system for the production of manufactures, attached to this recovery boiler is proposed to install a gas turbine with sufficient conditions generate electricity for the entire site and still be able to trade the surplus energy to be sold to the utility. The result of this proposed system showed an excellent efficiency, compared to the conventional system, which technically is presented as very viable.