Orientador: Carlos Alberto Ferrari / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-27T00:09:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_ChristianAlexandre_D.pdf: 76427331 bytes, checksum: 7b0be5f04fcd45c4e72a33aaad916d58 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho está subdividido em sete capítulos e duas etapas de pesquisa. Na introdução é feito um levantamento do histórico da matriz energética brasileira e da situação desta em relação à situação global. É apresentada, também, uma visão geral das formas convencionais de obtenção de energia, baseadas no petróleo, carvão e gás natural, e dos esforços recentes da pesquisa para obtenção de combustíveis alternativos a partir da biomassa; neste contexto, é feita uma apresentção sumária do Programa BEM (Biomassa-Energia-Materiais) que tem, como um de seus subprodutos, o Combustível Celulignina Catalítica, combustível sólido, objeto de estudo desta tese. Numa primeira etapa, compreendida pelos capítulos 2 e 3, são desenvolvidos os trabalhos de pesquisa básica visando a caracterização da celulignina como combustível: para isto, é feito um estudo da teoria envolvida no processo de combustão de partículas sólidas porosas através dos trabalhos de Essenhigh, que tiveram sua origem baseada em um trabalho de Thiele (1939) sobre atividade catalítica de grãos de catalisadores porosos. Para a obtenção dos resutados experimentais, procedeu-se com a queima de partículas isoladas de celulignina, auxiliada por feixe laser, sobre placa plana de vidro; no processo, mediu-se o tempo de queima e a intensidade de radiação integrada emitida em função do tempo, para posteriormente se levantarem as curvas de tempo de queima e potência específica média em função do diâmetro característico inicial da partícula; esta última curva é análoga ao fator de efetividade de Thiele e define um diâmetro ótimo de partícula na faixa de 100mm. Na segunda etapa dos trabalhos, estudam-se as aplicações da celulignina como combustível de caldeiras, turbinas tipo gás e Magnetohidrodinâmica (MHD). Para aplicação em caldeiras, simula-se a combustão da celulignina e de óleo combustível através do cálculo de equilíbrio químico: a comparação dos resultados mostra que o usoda celulignina é vantajoso neste caso. Para aplicação em turbinas tipo gás, foi projetada, construída e testada uma bancada de testes de combustão, além de se proceder com novas simulações da combustão aplicadas a este caso; os resultados experimentais desta etapa foram corroborados com os da etapa de pesquisa básica e se mostraram promissores do ponto de vista de aplicação tecnológica. Para aplicação em MHD, foram feitas simulações da combustão da celulignina aditivada com 1% de K2CO3 visando determinar concentração de íons no plasma gerado / Abstract: This work is divided in eight chapters and two research levels. In the introduction, a hystorical overview of Brazilian energetic matrix and its situation into the global one is shown. It is also introduced a general overview on conventional ways of energy production from petroleum, coal and natural gas. The environmental problems originated from fossil fuels consumption gave rise to research efforts seeking for alternative fuels production from biomass. Into this context the BEM (Biomass-Energy-Materials) Program is introduced. The Catalytic Cellulignin Fuel, a solid fuel produced from biomass prehydrolisis, the research object of this thesis, is one of the products generated by the BEM Program Technology. Chapters 2 and 3 aim at the characterization of cellulignin as a new thermoelectric fuel based on fundamental laws of porous particle combustion. Our theoretical work is based on Essenhigh and Thiele's papers. Thiele's work (1939) discusses the activity of porous catalysts while Essenhigh's works are the expansion of the first one towards the combustion theory of porous cellulignin particles on at glass plates. During particle combustion, integrated radiation is measured as a function of time. Burning time and specific mean power emited are measured as a function of the initial characteristic diameter of particles. The last curve is analogous to Thiele's effectiveness factor and defines the optimum initial characteristic diameter of particles in the range of 100 mm for technological purposes. From chapter 4 through 7 are discussed technological applications for cellulignin. Chapter 4 treats cellulignin as a fuel for boilers. In this way, cellulignin and fuel oil combustion are simulated by chemical equilibrium calculation and boiler performance is analysed: the results show advantages on cellulignin use against fuel oil. Chapter 5 has preliminar experimental results from a Test Rig designed, assembled and tested by the author on cellulignin combustion for application as fuer for gas type turbines. Combustion data obtained match experimental results from laboratory. In chapter 6 cellulignin combustion simulation is used for high pressure combustor design to be used in a gaspe turbine. In chapter 7 cellulignin and natural gas combustion simulations are compared for MHD purposes. Chapter 8 shows the conclusions and perspectives for this thesis / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador : Prof. Marcelo Rodrigues Bessa / Coorientador : Prof. Dr. Daniel Henrique Marco Detzel / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 09/03/2017 / Inclui referências : f. 84-90 / Resumo: O planejamento da operação de um sistema elétrico hidrotérmico permite determinar a quantidade de energia que será produzida durante um período de tempo, para atender a demanda e substituir de forma eficiente à geração de alto custo das unidades térmicas. Este processo de planejamento é um problema complexo, de caráter não linear, dependente de múltiplas variáveis e iterativo, o que faz necessária a utilização de métodos computacionais, que incluem vários tipos de abordagens e simplificações para torná-los viáveis computacionalmente e economicamente. Estas simplificações implicam em modelos aproximados, que usualmente não representam de forma fiel o comportamento real das usinas. A tomada de decisão na operação de um sistema hidrotérmico depende da produção e eficiência na geração elétrica das usinas hidroelétricas e nos custos de operação das usinas termelétricas. A modelagem da produção elétrica nas usinas hidroelétricas é difundida na literatura, ao passo que pouco se encontra a respeito dos custos de usinas termelétricas. O presente estudo propõe uma modelagem empírica que defina os custos das unidades termelétricas a gás, a fim de representar o despacho térmico de maneira mais realista, satisfazendo as restrições operacionais e funcionais do sistema e que seja adequada à programação não linear para o problema do despacho hidrotérmico. Nesse sentido, é sugerida uma função que leva em consideração uma penalização devida a custos de partida e custos ambientais para despachos de baixa potência. O desempenho da função de custo de geração térmica é avaliado no modelo de otimização para o despacho hidrotérmico PHOENIX (, cuja abordagem é não linear considerando cada usina individualmente, mediante a simulação de um sistema teste composto por sete usinas hidráulicas e uma usina térmica. Como resultado deste estudo de caso, concluiu-se que a função proposta pôde ser implementada mesmo apresentando não convexidade, a otimização com o emprego desta função permitiu uma melhora nos despachos de baixa intensidade. Palavras chave: sistema elétrico hidrotérmico, planejamento elétrico, usinas termelétricas, otimização não linear. / Abstract: Planning operation for a hydrothermal electrical system helps determine the energy amount would be produced during a period of time in order to fulfil an energy demand and manage with more efficiency the high costs of thermal generation units. This planning process is a complex problem, non-linear, depending on multiple variables and iterative. Consequently, it is necessary to use computational models, including different approaches and simplifications. These simplifications imply in approximations, which usually do not represent faithfully the actual behavior of the plants. The decision making in the operation of a hydrothermal system depends on the production and efficiency in electricity generation from hydroelectric plants and operating cost of thermal power The modeling of electricity production in hydro power plants is widespread in the literature, while little is about the thermal power plant costs. The present study proposes an empirical modeling that defines the costs of the gas fired power plants, in order to represent the thermal dispatch in a more realistic way, satisfying the operational and functional constraints of the system, being suitable for the nonlinear programming for the hydrothermal dispatch problem. In this sense, a function is suggested that takes into account a penalty due to starting costs and environmental costs for low power orders. The performance of the thermal generation cost function is evaluated in the optimization model for hydrothermal dispatch PHOENIX, whose approach is nonlinear considering each plant individually, by means of the simulation of a test system composed of seven hydroelectric plants and one thermal plant. As a result, it was concluded that the proposed function could be implemented even though presenting no convexity. The optimization with the use of this function allowed an improvement in low intensity dispatches. Keywords: hydrothermal electrical systems, energy management, thermo-electric power plants, non-linear optimization.

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: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lourenco_SergioRicardo_M.pdf: 529149 bytes, checksum: 67dc073a5e26c94355fc7d55c998ee42 (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

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

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-17T14:46:07Z No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO JOSÉ FERREIRA GADELHA - TESE (PPGEQ) 2016.pdf: 6375453 bytes, checksum: 865ce4649601ce36b03d6876719da6d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-17T14:46:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO JOSÉ FERREIRA GADELHA - TESE (PPGEQ) 2016.pdf: 6375453 bytes, checksum: 865ce4649601ce36b03d6876719da6d9 (MD5) Previous issue date: 2016-02 / Capes / A crescente demanda mundial por energia tem levado pesquisadores a buscar o aprimoramento de tecnologias com o objetivo de maximizar a geração de energia nas suas diferentes formas. Entre os diferentes métodos de produção encontra-se a energia produzida através de usinas termelétricas, que corresponde a mais 60% da energia produzida no mundo. Entre os principais problemas causados pela produção de energia em termelétricas está a emissão de poluentes gasosos para a atmosfera. O efluente gasoso emitido através da chaminé de uma termelétrica consiste basicamente de dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2), óxidos nitrogenados (NOx), entre outros, que provocam problemas ambientais e de saúde. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a fluidodinâmica da dispersão de poluentes emitidos a partir da chaminé de uma termelétrica através de simulações numéricas utilizando CFD (Ansys CFX 15.0). Como modelo de turbulência utilizou-se o k   padrão. Com base nas simulações do planejamento experimental verificou-se que a variável mais significativa no processo foi a taxa de emissão do poluente seguida pela velocidade do vento. A partir dos resultados obtidos verificou-se que a altura da fonte de emissão apresenta uma influência determinante sobre a dispersão; que a variação lateral da intensidade da velocidade do vento e a variação da frequência com que o vento muda de direção são fatores decisivos na dispersão de espécies gasosas na atmosfera; e que a dispersão ocorre com maior intensidade sob condições atmosféricas instáveis, sob um ângulo de 30° e uma frequência de mudança de direção de 5 minutos. / The growing worldwide demand for energy has led researchers to pursue enhancement technologies in order to maximize the generation of electricity in its different forms. Among the different methods of production is the energy produced by thermal power plants, which accounts for over 60% of the energy produced in the world. It is an energy generated from the combustion of fuels such as coal, diesel oil, natural gas, etc. Among the main problems caused by power generation in thermal power plants is the emission of gaseous pollutants into the air. The off-gas emitted from the flue of a fuel consists mainly of carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOx), among others, causing environmental and health problems. In this sense, this study aims to evaluate the fluid dispersion of pollutants emitted from the chimney of a thermal power plant through numerical simulations using CFD (ANSYS CFX 15.0). As turbulence model was used k   standard. Based on the experimental design simulations it was found that the most significant variable in the process was the pollutant emission rate followed by wind speed. From the results obtained it was found that the height of the emission source has a decisive influence on the dispersion; that the lateral variation of wind speed intensity and variation of the frequency with which the wind changes direction are decisive factors in the dispersion of gaseous species in the atmosphere; and that dispersion occurs more intensively under instable atmospheric conditions, at an angle of 30 ° and a frequency change of direction of 5 minutes.

Orientador: Marcio Luiz de Souza-Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:18:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Beninca_WilsondeAguiar_M.pdf: 3799010 bytes, checksum: d8da0795b64b4d278429706654c3206b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Um estudo visando maximizar a eficiência global de um processo combinado avançado de geração termelétrica combinada é desenvolvido. Tal processo utiliza caldeira pressurizada de leito fluidizado borbulhante alimentada com bagaço de cana na forma de lama. O vapor gerado é dirigido a um ciclo Rankine com reaquecimento e o gás efluente da caldeira a um processo baseado em turbinas a gás. Várias premissas foram admitidas, entre elas: a geometria da caldeira, a pressão de operação do seu combustor, a taxa de consumo de combustível sólido, a pressão do vapor produzido, a temperatura de injeção de gás nas turbinas e a temperatura de exaustão de gás do processo. Os parâmetros tomados como variáveis no presente estudo foram: teor de sólido na lama, vazão mássica de água passante pelos bancos de tubos e de ar injetado no combustor da caldeira. O software CeSFaMB© foi utilizado para otimizar a operação da caldeira, tendo o rendimento exergético como função objetivo. O software IPES foi empregado para simular e otimizar o ciclo Rankine, o processo a Gás e suas combinações. Para esses, a eficiência de Primeira Lei da Termodinâmica foi adotada como função objetivo. O rendimento global máximo alcançado neste estudo para a unidade geradora ficou em torno de 36,0 %. Este valor é significativo, visto que o rendimento de processos mais convencionais utilizados atualmente na maioria das usinas sucroalcooleiras fornece rendimentos próximos a 30% / Abstract: A study aiming maximizing the efficiency of an advanced combined power generation process has been developed. The process applies a pressurized fluidized bed boiler consuming sugar cane bagasse fed as slurry. The generated steam is diverted to a reheated Rankine cycle while the gas exiting the boiler is directed to a gas turbine process. Many assumptions have been taken, among them: the boiler design, the pressure inside its combustion chamber, the rate of fuel consumption, the pressure of produced steam, the gas turbine injection temperature and the temperature of gas exiting the whole plant. The parameters taken as variables were: the concentration of dry solid in the slurry, the mass flow of water pumped into the boiler tube banks and the rate or air injection into the boiler combustion chamber. The CeSFaMB© software has been applied for the boiler optimization, having the exergy efficiency as objective function. The software IPES has been used for the optimization of Rankine cycle, the gas turbine process and theirs combination. The achieved overall power generation efficiency was around 36 %. Having in mind that the efficiency found at present sugar-cane conventional processes are around 30%, the value arrived at this study is significant / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Takaaki Ohishi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T05:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_OdersonDiasde_D.pdf: 1392271 bytes, checksum: 4a25b0e50f13f9b1cc3f51c1bbf51592 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese apresenta um modelo de despacho para usinas termelétricas a gás natural considerando a produção e o transporte de gás. O modelo proposto associa a operação do sistema de geração termelétrica com a operação da rede de gasodutos. A metodologia utilizada para obter a solução foi aplicada a um exemplo com seis usinas termelétricas supridas por uma rede de gás natural. O modelo apresentado integra eficientemente a operação das usinas termelétricas com a operação do sistema de gasodutos / Abstract: This thesis presents a dispatch model for natural gas power plants considering the production and transmission of gas. The proposed model put together the operation of the power plant system with the operation of the natural gas pipeline network. The proposed approach was applied to an example of six power plants supplied by a gas system. The proposed approach integrates the operation of power plants with the operation of natural gas transmission system / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Sergio Valdir Bajay / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T02:09:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_FranciscoJoseRochade_M.pdf: 2082998 bytes, checksum: 6b17535d59d9d8fe0bb7be02166c05d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo desta dissertação é ampliar a compreensão da geração termelétrica, em particular das termelétricas a gás natural, e da relação entre os setores elétrico e de gás natural no Brasil. Especial atenção é conferida aos leilões públicos de energia, particularmente aqueles na modalidade disponibilidade de energia, opção que tem permitido a contratação de empreendimentos termelétricos a combustíveis fósseis. O trabalho faz avaliação da atratividade do investimento em térmica a Gás Natural Liquefeito - GNL já contratada em leilões públicos. Traz, também, estimativa da competitividade de termelétricas, com ênfase para as termelétricas a GNL. Verificou-se que a capacidade instalada das termelétricas a gás natural deverá ser significativamente ampliada até 2017, o que reforçará o vínculo entre os setores elétrico e de gás natural. Foi constatado que o custo de geração em uma termelétrica a gás natural é fortemente influenciado pelo período de tempo durante o qual ela permanece em operação e pelo preço do gás natural. Adicionalmente, constatou-se que o investimento na construção das termelétricas a GNL contratadas na modalidade disponibilidade de energia mostra-se bastante atrativo / Abstract: The objective of this thesis is to improve the understanding of thermal power, in particular natural-gas-fired power plants, and the relationship between the power sector and the natural gas sector in Brazil. Close attention is paid to the public auctions to hire energy, especially the ones aimed at hiring capacity, option which has allowed the hiring of fossil-fuel power plants. The thesis gives an idea of the attractiveness of the investment in a Liquefied Natural Gas - LNG powered plant hired in a public auction. It also presents an assessment of the competitiveness of thermal plants, with emphasis to the LNG-fired power plants. It was learnt that the natural-gasfired power plant capacity will increase significantly until 2017, which will reinforce the bond between the power sector and the natural gas sector. Another important finding is that the generation cost of a natural-gas-fired power plant is strongly influenced by the length of time it operates and by the natural gas price. Furthermore, the study shows that the investment in the construction of a LNG powered plant hired in a public auction is very attractive / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos