A technology with the potential to create efficient and compact refrigeration devices is an active magnetic regenerative refrigerator (AMRR). AMRRs exploit the magnetocaloric effect displayed by magnetic materials whereby a reversible temperature change is induced when the material is exposed to a change in applied magnetic field. By using the magnetic materials in a regenerator as the heat storage medium and as the means of work input, one creates an active magnetic regenerator (AMR). Although several laboratory devices have been developed, no design has yet demonstrated the performance, reliability, and cost needed to compete with traditional vapor compression refrigerators. There are many reasons for this and questions remain as to the actual potential of the technology. The objective of the work described in this thesis is to quantify the actual and potential performance of a permanent magnet AMR system. A specific device configuration known as a dual-nested-Halbach system is studied in detail. A laboratory scale device is created and characterized over a wide range of operating parameters. A numerical model of the device is created and validated against experimental data. The resulting model is used to create a cost-minimization tool to analyze the conditions needed to achieve specified cost and efficiency targets. Experimental results include cooling power, temperature span, pumping power and work input. Although the magnetocaloric effect of gadolinium is small, temperature spans up to 30 K are obtained. Analysis of power input shows that the inherent magnetic work is a small fraction of the total work input confirming the assumption that potential cycle efficiencies can be large. Optimization of the device generates a number of areas for improvement and specific results depend upon targeted temperature spans and cooling powers. A competitive cost of cooling from a dual-nested-Halbach configuration is challenging and will depend on the ability to create regenerator matrices with near-ideal adiabatic temperature change scaling as a function of temperature. / Graduate / 0548 / 0791 / 0607 / atura@uvic.ca

Processos de refinação de petróleo caracterizam-se pelo intenso consumo energético. Dentre as mais variadas operações presentes nesta indústria, a separação de correntes por torres de destilação apresenta posição de destaque, despendendo mais de 40% da energia gasta por uma refinaria. Plantas de separação de propeno, importante produto para a indústria petroquímica visando a produção de polipropileno, se enquadram neste sentido, requerendo torres de destilação de considerável uso energético. Apesar da grande rejeição de calor referente a este consumo, por apresentar baixo nível térmico associado, frequentemente não se observa o seu aproveitamento. Neste contexto, bombas de calor apresentam-se como excelente alternativa para recuperação energética de correntes de rejeito térmico, com vastos exemplos na literatura aplicados à indústria e, especificamente associados a torres de destilação. Neste trabalho avaliou-se, por meio de modelagem e simulação computacional, a aplicação de duas modalidades de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor (compressão de topo e compressão do fundo despressurizado), e uma em ciclo de absorção, integradas a uma planta de separação de propeno de uma refinaria localizada no Brasil, comparativamente a uma planta equivalente utilizando processo de destilação convencional com refervedor de fundo e condensador de topo. Para as premissas definidas no trabalho, verificou-se como o melhor resultado, a aplicação da bomba de calor por compressão de vapor de topo da coluna de destilação, o qual demonstra que 4,1 MW associado ao trabalho de eixo do compressor, torna possível uma economia energética de mais de 80% do consumo de vapor dágua e água de resfriamento, se comparados à planta convencional, sem a utilização de bomba de calor. Cálculos de rendimento exergético demonstram a melhor configuração ser 2,4 vezes mais eficiente que o modelo convencional. Limitações de troca térmica foram observadas no estudo de caso da bomba de calor de compressão de fundo despressurizado, demandando uma recirculação adicional de propano ao ciclo, com consequente redução de rendimento exergético a um patamar intermediário entre o caso convencional e o melhor resultado observado. Já para a bomba de calor de absorção, verificou-se, para o fluido de trabalho praticado e condição simulada, resultado aquém da situação convencional. Por fim, avalia-se que a aplicação de fonte térmica alternativa (vapor sub-atmosférico), de baixo conteúdo exergético, ainda que de difícil obtenção junto à refinaria, poderia viabilizar a inversão dos resultados observados, recomendando a sua verificação de uso para estudos futuros. / Oil refining process are recognized by its very intense energy consumption. In this industry, distillation columns are extensively used for product separation. Contributing with more than 40% of refinery energy consumption, distillation units typically require high level of heat rejection, frequently not capable of being directly used, due to its low temperature profile. In this scenario, the distillation of propylene, important product for petrochemical industry is set as one of the most energy intense refinery process. Process integration using heat pumps are considered an excellent choice to provide waste heat upgrade, with numerous examples applied to industry and specifically for distillation towers cited in the literature. In this work, two different vapor compression heat pump cycles (tower overhead compression and bottom flash compression) and an absorption heat pump cycle were applied to a propylene distillation facility located at a Brazilian refinery, in a comparison analysis with a conventional distillation process with typical bottom reboiler and overhead condenser. Considering the defined basis, the overhead vapor compression scheme has shown the better result, since its shaft compressor work of 4.1 MW, integrated to the tower allows reducing more than 80% of steam and cooling water consumption originally associated. An exergetic analysis was performed, confirming the proposal scheme to be 2.4 times more efficient than the process without heat pump integration. An intermediate result, between the conventional distillation and associated overhead vapor compression heat pump was observed in the bottom flash case, since, as consequence of a heat exchange bottlenecking, an additional propane compression loop had to be applied. With regards to the absorption heat pump scheme, considering the chosen fluid and the plant work conditions, no advantage was observed in comparison to the conventional case. In time, an alternative utility (vacuum steam), with low exergy content, was applied to the conventional system, replacing the low pressure steam originally used. Besides its difficult practical application, the alternative utility has proved to be able to reverse the previous work results, thus, further studies are recommended regarding its viability of use.

Processos de refinação de petróleo caracterizam-se pelo intenso consumo energético. Dentre as mais variadas operações presentes nesta indústria, a separação de correntes por torres de destilação apresenta posição de destaque, despendendo mais de 40% da energia gasta por uma refinaria. Plantas de separação de propeno, importante produto para a indústria petroquímica visando a produção de polipropileno, se enquadram neste sentido, requerendo torres de destilação de considerável uso energético. Apesar da grande rejeição de calor referente a este consumo, por apresentar baixo nível térmico associado, frequentemente não se observa o seu aproveitamento. Neste contexto, bombas de calor apresentam-se como excelente alternativa para recuperação energética de correntes de rejeito térmico, com vastos exemplos na literatura aplicados à indústria e, especificamente associados a torres de destilação. Neste trabalho avaliou-se, por meio de modelagem e simulação computacional, a aplicação de duas modalidades de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor (compressão de topo e compressão do fundo despressurizado), e uma em ciclo de absorção, integradas a uma planta de separação de propeno de uma refinaria localizada no Brasil, comparativamente a uma planta equivalente utilizando processo de destilação convencional com refervedor de fundo e condensador de topo. Para as premissas definidas no trabalho, verificou-se como o melhor resultado, a aplicação da bomba de calor por compressão de vapor de topo da coluna de destilação, o qual demonstra que 4,1 MW associado ao trabalho de eixo do compressor, torna possível uma economia energética de mais de 80% do consumo de vapor dágua e água de resfriamento, se comparados à planta convencional, sem a utilização de bomba de calor. Cálculos de rendimento exergético demonstram a melhor configuração ser 2,4 vezes mais eficiente que o modelo convencional. Limitações de troca térmica foram observadas no estudo de caso da bomba de calor de compressão de fundo despressurizado, demandando uma recirculação adicional de propano ao ciclo, com consequente redução de rendimento exergético a um patamar intermediário entre o caso convencional e o melhor resultado observado. Já para a bomba de calor de absorção, verificou-se, para o fluido de trabalho praticado e condição simulada, resultado aquém da situação convencional. Por fim, avalia-se que a aplicação de fonte térmica alternativa (vapor sub-atmosférico), de baixo conteúdo exergético, ainda que de difícil obtenção junto à refinaria, poderia viabilizar a inversão dos resultados observados, recomendando a sua verificação de uso para estudos futuros. / Oil refining process are recognized by its very intense energy consumption. In this industry, distillation columns are extensively used for product separation. Contributing with more than 40% of refinery energy consumption, distillation units typically require high level of heat rejection, frequently not capable of being directly used, due to its low temperature profile. In this scenario, the distillation of propylene, important product for petrochemical industry is set as one of the most energy intense refinery process. Process integration using heat pumps are considered an excellent choice to provide waste heat upgrade, with numerous examples applied to industry and specifically for distillation towers cited in the literature. In this work, two different vapor compression heat pump cycles (tower overhead compression and bottom flash compression) and an absorption heat pump cycle were applied to a propylene distillation facility located at a Brazilian refinery, in a comparison analysis with a conventional distillation process with typical bottom reboiler and overhead condenser. Considering the defined basis, the overhead vapor compression scheme has shown the better result, since its shaft compressor work of 4.1 MW, integrated to the tower allows reducing more than 80% of steam and cooling water consumption originally associated. An exergetic analysis was performed, confirming the proposal scheme to be 2.4 times more efficient than the process without heat pump integration. An intermediate result, between the conventional distillation and associated overhead vapor compression heat pump was observed in the bottom flash case, since, as consequence of a heat exchange bottlenecking, an additional propane compression loop had to be applied. With regards to the absorption heat pump scheme, considering the chosen fluid and the plant work conditions, no advantage was observed in comparison to the conventional case. In time, an alternative utility (vacuum steam), with low exergy content, was applied to the conventional system, replacing the low pressure steam originally used. Besides its difficult practical application, the alternative utility has proved to be able to reverse the previous work results, thus, further studies are recommended regarding its viability of use.

Submitted by BENJAMIN KUNTE null (benjamin.kunte@gmail.com) on 2015-12-21T20:22:35Z No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) / Approved for entry into archive by Cássia Adriana de Sant ana Gatti (cgatti@marilia.unesp.br) on 2015-12-22T13:12:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-22T13:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benjamin_Dissertation_Final_Version.pdf: 2440898 bytes, checksum: 129503961064a9371fbb24f9408bfbc6 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / 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. / 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.

This work aims an ecological and exergetic analysis of the hydrogen production by steam reforming of part of the ethanol produced in a sugar-ethanol plant. The Pioneiros Distillery, located in São Paulo, is used as model for this study. Three cases are described. In case 1 the plant produces energy only for domestic needs. A part of bagasse is not burned and it is stored. In Case 2, all available bagasse is used for production of steam. Part of the steam is used in the production process meeting the demand of the plant and the rest of steam is converted into electrical energy that can be sold at concessionaires. In Case 2 it is produced more energy than in Case 1. Case 3 includes the production of hydrogen by steam reforming of a part of the produced ethanol. Steam and energy for steam reforming is generated from combustion of bagasse. An exergetic analysis is performed. The exergy flows associated with the sugar-ethanol plant are calculated locating and quantifying the losses and irreversibility.  The ecological impact of use of the bagasse as fuel to generate thermal and electrical energy for the ethanol reformer was studied. The main pollutants that damage the atmosphere, namely: CO, CO2, NOx and PM have been taking into account. Carbon Dioxide emissions were calculated taking into account the carbon cycle (considering the absorption of carbon dioxide by the sugarcane during its growth), resulting in negative balance emissions, i.e., carbon dioxide was absorbed in higher amounts than emitted. The thermodynamics (ηsystem) and ecological (ε) efficiencies of Steam reforming of ethanol were calculated. The thermodynamic efficiency was 56% and the ecological efficiency was 80%. When the carbon cycle is taking into account the ecological efficiency is 90%. The incorporation of an ethanol reformer in a sugar-ethanol plant for hydrogen production is a very interesting option where environmental benefits are obtained. Problems related with the storage of bagasse are avoided because all the bagasse is burned for the production of steam and energy to the reformer. The amount of hydrogen that can be produced in Pioneiros Distillery could supply fuel for 68 buses with a range from 200 to 300 km per day.

Orientadores: Silvia Azucena Nebra de Perez, Luis Maria Serra de Renobales / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ensinas_AdrianoViana_D.pdf: 2176503 bytes, checksum: 487cb2d8e92c4896c8970468350b80cc (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A produção de açúcar e etanol a partir da cana-de-açúcar no Brasil compõe um dos setores mais importantes da economia nacional e tem se caracterizado, ao longo de sua história, pelo alto consumo de energia no processo industrial. O uso do bagaço de cana como combustível para o sistema de cogeração permite que as usinas sejam auto-suficientes em energia térmica e elétrica, ainda que utilizem sistemas de baixa eficiência. Uma nova realidade, que prevê a venda de eletricidade excedente nas usinas e o uso do bagaço como matéria prima para outros processos, tem levado o setor a investir em redução do consumo de energia no processo. Este estudo propõe um método de integração térmica para o produção de açúcar e etanol, visando obter uma redução da demanda de utilidades quentes e frias. Um procedimento de otimização termoeconômica foi também aplicado para avaliar a redução de custo no projeto de integração da planta, que inclui uma rede de trocadores de calor e um sistema de evaporação. As análises mostraram que a integração pode proporcionar aumentos significativos na produção de excedentes de eletricidade e/ou bagaço de cana, além de reduzir a demanda de água da usina. Uma análise exergética foi realizada, avaliando as melhorias obtidas com a integração, mostrando que a geração de irreversibilidade pode ser minimizada com a redução do consumo de energia no processo e aumento da eficiência do sistema de cogeração / Abstract: The sugar and ethanol production from sugarcane in Brazil constitutes one of the most import sectors of the national economy and has been characterized, during its history, by high energy consumption in the industrial process. The use of the bagasse as fuel for the cogeneration system permits mills to be self-sufficient in thermal and electric energy requirements, even using low efficient systems. A new reality, which foreseen sell of surplus electricity by the mills or the use of bagasse as raw material for other processes, has encouraged this sector to invest in process energy consumption reduction. This study proposes a method for thermal integration of sugar and ethanol process, aiming at the reduction of hot and cold utilities requirements. An thermoeconomic optimization procedure was also applied for the evaluation of cost reduction in the plant integration design, which includes the heat exchangers network and the evaporation system. The analysis showed that the process integration may promote a significant increase in the production of surplus of electricity and/or bagasse, reducing also the water demand of the mills. An exergetic analysis was performed, evaluating the improvements obtained with the thermal integration, showing that the irreversibility generation can be minimized with reduction of process energy consumption and increase of the cogeneration systems efficiency / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Luiz Fernando Milanez, Jose A. Velasquez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:13:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_AndreValente_D.pdf: 1858642 bytes, checksum: 5d8ef42f35d6898a67cb77a3c73c0b7d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: As conseqüências da adição de biodiesel ao óleo diesel foram estudadas estabelecendo-se relações de causa e efeito entre o desempenho do motor e os processos de combustão e formação de mistura. Foram incluídos, nesta discussão, aspectos como emissões poluentes, formação de mistura, dinâmica do processo de combustão, eficiência de conversão do combustível,desempenho do motor em carga máxima e consumo específico.Utilizaram-se, sob tal propósito, técnicas tradicionalmente associadas à pesquisa e ao desenvolvimento dos motores de ciclo diesel, tais como a análise de liberação de energia, a análise exergética e ensaios dinamométricos. Devido às pequenas variações observadas nos parâmetros opcionais do motor com a introdução do biodiesel, algumas modificações nos métodos aplicados para a coleta de dados experimentais e nos modelos empregados em seu processamento se mostraram necessárias. Dentre tais ajustes, pode-se destacar a formulação de um novo modelo de análise exergética para os processos ocorrentes no cilindro e a utilização de um arranjo inédito de sistema indicador. Demonstrou-se que a adição de biodiesel em baixas concentrações favorece a conversão da exergia do combustível em trabalho no interior do cilindro, proporcionando uma elevação na eficiência de operação do motor. Para os combustíveis analisados, que compreendem a adição de até 20% de biodiesel em volume, a mistura contendo 10% desta substância ofereceu as melhores características quanto ao desempenho e ao consumo específico / Abstract: The consequences of the biodiesel blends with diesel fuel were analyzed establishing cause and effect relationships between the engine performance and the combustion and mixture preparation processes. In this investigation, aspects like pollutant emissions, mixture preparation,dynamic of the combustion process, fuel conversion efficiency, performance under full load and specific fuel consumption were included.Techniques traditionally associated with diesel engines research and development were utilized for this purpose, including heat release analysis, exergetic analysis and dynamometric bench tests. In order to account for the small effects of the biodiesel introduction on the engine operational parameters, some modifications of the methods and models applied to data acquisition and post-processment were necessary. These modifications include the formulation of a new model for the in cylinder exergetic analysis and a novel arrangement of indicator system. By using the exergetic analysis, it was demonstrated that the blending of biodiesel in low concentrations increases the conversion of fuel exergy into work within the cylinder, causing an elevation on the engine efficiency. For the analyzed fuels, which enclose up to 20% of biodiesel addition in volume, the 10% biodiesel blend has presented the best results of performance and specific fuel consumption / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Vicente Hallak D'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T14:06:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cipolato_Liza_M.pdf: 1029854 bytes, checksum: e29def5b437d5ad6a00d8fc677c63bf5 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O comércio de gás natural liquefeito apresenta um crescente interesse por parte tanto de países exportadores como dependentes desta fonte energética. Apesar de o transporte por gasoduto ser muito menos suscetível a perdas, ele se torna inviável a longas distâncias ou a demandas variáveis. A liquefação do gás natural também proporciona o armazenamento desta fonte energética numa forma estável e de alto potencial energético,evidenciando o caráter estratégico do processo. Desde a década de 60 a tecnologia para liquefação do gás natural é utilizada, porém, apenas há alguns anos os países iniciaram o comércio desta fonte energética em larga escala e isto acarretará um aumento mundial tanto no número de terminais exportadores (plantas de liquefação) quanto importadores (terminais de regaseificação). O processo de liquefação do gás natural ocorre através de uma sequência de ciclos termodinâmicos de refrigeração, e estes, por sua vez, precisam trabalhar de forma otimizada para reduzir perdas. A análise exergética é uma ferramenta muito útil para avaliar estas perdas e pode ser essencial na instalação de uma nova planta ou melhoria de uma já existente. O presente trabalho realizou uma análise exergética de um ciclo de refrigeração utilizado para a liquefação de gás natural, o qual é do tipo multiestágio em cascata, padrão utilizado atualmente, sendo o mais conhecido e difundido entre as indústrias da área. Primeiramente, o processo foi simulado em software comercial Hysys (versão 3.2 da Aspen Technology). O resultado obtido da simulação foi validado através de comparação com dados da literatura, mostrando-se adequado. Em seguida, a simulação foi testada em diferentes condições operacionais, seguindo um planejamento fatorial completo, o qual teve como objetivo verificar a influência da variação das pressões de seis pontos específicos do ciclo sobre a variável resposta, que é a taxa de exergia total destruída no processo, visando sua minimização. Os resultados obtidos levaram a uma nova condição de operação para o ciclo de refrigeração com redução de aproximadamente 48% da taxa de exergia destruída com relação aos dados do caso obtido da literatura. Tal resultado evidencia o potencial da metodologia termodinâmica utilizada, demonstrando sua aplicação em estudos de melhoria do desempenho de ciclos de refrigeração para a indústria de liquefação de gás natural / Abstract: The liquefied natural gas trade shows a growing interest either from countries which are exporters or countries which depend on this kind of energetic source. Although gas pipelines are less susceptible of transportation losses, they become impracticable when distances are too long or when demands are highly variable. The liquefaction of natural gas also enables its storage in a stable way, in which energetic potential is high, expressing the strategic purpose of the process. Since the 1960 decade natural gas liquefying technology is been used, but only a few years ago countries have started the trade of this kind of energetic source on a large scale. Consequently, the number of exporter terminals (liquefaction industries) and importer terminals (regasification plants) will increase worldwide. The natural gas liquefaction process is based on a sequence of refrigeration thermodynamics cycles, which need to work in an optimized way in order to reduce losses. The exergy analysis is a very useful tool to evaluate these losses and can be crucial in a new plant installation or in a current one improvement. This dissertation performed an exergy analysis of a multistage cascade refrigeration cycle applied in natural gas liquefaction. The multistage cascade cycle is currently the standard type, being the most known and diffused among industries. Firstly, the process was simulated in commercial software Hysys (version 3.2 of Aspen Technology). The result obtained from the simulation was validated by comparison with the literature data and showed a very adequate similarity. After that, the simulation was checked in different operational conditions, according to the complete factorial design of experiments. The design of experiments¿ objective was to verify the pressure influence of six specific points of the cycle over the response variable, which is the rate of total exergy destroyed in the cycle, in order to reach its minimal value. The results showed a new operational condition to the refrigeration cycle, in which the destroyed exergy rate was reduced by approximately 48% in comparison with literature data. This result provides evidence of the high potential of the thermodynamic tool used, showing its application in studies of performance improvements for refrigeration cycles in industries of natural gas liquefaction / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Silvia Azucena Nebra de Perez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:10:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PalaciosBereche_Reynaldo_M.pdf: 8960679 bytes, checksum: a6e8e552788d00fa0fb258923ebe13a9 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho e feita uma revisão em relação à participação do gás natural na matriz energética mundial, brasileira e no Estado de São Paulo. Características do setor terciário, assim como da utilização do gás natural neste setor de consumo, são apresentadas também na primeira parte. Foi feita uma revisão das tecnologias de utilização de gás natural no setor terciário, assim como da tecnologia dos sistemas de refrigeração por absorção, das diferentes configurações do ciclo, e dos fluidos de trabalho utilizados neste tipo de sistema. Uma metodologia para o calculo da exergia da solução água brometo de lítio, comumente utilizada como fluido de trabalho em sistemas de refrigeração por absorção para condicionamento de ambientes, foi elaborada. Para a realização das analises exegética e exergoeconomica do sistema foi realizado o calculo da exergia total dos fluidos de trabalho considerando as parcelas de exergia química e física. A analise exegética compreendeu o calculo da irreversibilidade em cada componente do sistema assim como da total. Na ultima parte do trabalho foi realizada a analise termodinâmica, exegética e exergoeconomica do sistema de refrigeração por absorção de simples e duplo efeito H2O/LiBr, considerando como fontes de aquecimento um sistema de queima direta de gás natural e energia de rejeito de um sistema de cogeração. Os resultados são comparados e discutidos / Abstract: A review about the participation of the natural gas in the energetic matrix was done in this work, considering the scope international, Brazilian and the Sao Paulo State. Characteristics of the tertiary sector and the natural gas utilization in this consumption sector are also presented. A review about the technologies of utilization of natural gas in the tertiary sector was also done. In the following part, the technology of absorption refrigeration systems, different configurations of the cycle and working fluids were reviewed. A methodology for the exergy calculation of the lithium bromide ¿ water solution was elaborated. The lithium bromide ¿ water solution is widely utilized as working fluid in absorption refrigeration system for air conditioning. The exergy calculation takes in account the chemical and physical parcel of the exergy, which is important to realize the exergetic and exergoeconomic analysis of the system. In the last part of the work it was done a thermodynamic, exergetic and exergoeconomic analysis of the absorption refrigeration system H2O/LiBr of single and double effect. The exergetic analysis included the irreversibility calculation in each component and the total irreversibility of the system. Two different energy sources were considered: direct heating through natural gas combustion and the utilization of rejected energy in a cogeneration system. The different results were compared. / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Luiz Fernando Milanez, Alcides Padilha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:21:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_SantiagodelRio_D.pdf: 2035815 bytes, checksum: 7d72e5c223058fb0ce3675f4600214f5 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo desse trabalho é fazer uma otimização exergética de um sistema térmico de energia solar. Esse sistema é composto por um coletor solar e por um tanque armazenador de água retangular que contém material de mudança de fase distribuído em um conjunto de barras. Esse estudo leva em consideração ambas transferências de calor por condução e convecção para a água no coletor solar, e também o processo de mudança de fase para o PCM no armazenador térmico. Assim, no coletor solar são determinadas a temperatura ótima de saída e vazão mássica ótima da água em função das condições de radiação solar. Além disso, para o tanque armazenador, são determinadas a temperatura ótima de fusão do PCM e o máximo trabalho que pode ser obtido levando em consideração o processo de mudança de fase. O processo de fusão do PCM é analisado por meio de uma solução analítica aproximada. Finalmente, foram feitas uma análise energética e exergética de cada componente do sistema bem como de todo o sistema e foram calculadas eficiências de primeira e segunda lei da termodinâmica. Resultados numéricos de um estudo de caso são apresentados e discutidos. / Abstract: This work deals with the exergetic optimization of a solar thermal energy system. This consists of a solar collector and a rectangular water storage tank that contains a phase change material distributed in an assembly of slabs. The study takes into account both conduction and convection heat transfer modes for water in the solar collector, and also the phase change process for the PCM in the storage tank. Thus, in the solar collector, optimal output temperature and optimal mass flow rate are determined as a function of solar radiation conditions. Moreover, for the storage tank, optimal melting temperature and the maximum power output taking into account the phase change process are determined. The melting process in a PCM is analyzed by means of an approximated analytical solution. Finally, energetic and exergetic analysis were done for each system component and for the overall system, and efficiencies of first and second law of thermodynamics were calculated. Results of a numerical case study are presented and discussed. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica