Este trabalho trata da questão da redução de consumo de combustível fóssil em instalações de máquinas de navios. É um tema de grande interesse no momento, devido ao alto custo operacional e à emissão de poluentes decorrentes do processo da combustão desses derivados de petróleo. Apresenta-se, inicialmente o cenário atual e tendências futuras das instalações propulsoras convencionais que usam óleo pesado ou Diesel. Em seguida, são examinadas alternativas propostas para redução de consumo de combustíveis fósseis nos navios, que são enquadradas em três categorias. A primeira delas envolve possíveis melhorias de projeto para redução da demanda de energia. As outras categorias se referem ao emprego de fontes alternativas de energia, que introduzem uma força propulsora adicional, reduzindo o empuxo requerido do hélice, ou uma potência suplementar no eixo propulsor. Em ambos os casos há também uma redução de demanda de potência requerida do motor Diesel. Na seqüência, são apresentados e discutidos fundamentos termodinâmicos, com ênfase nas análises energética e exergética, como ferramentas para avaliação das máquinas dos navios. A análise exergética, diferentemente do enfoque apenas energético, é a ferramenta mais apropriada para tratar as questões ligadas ao meio ambiente, pois a própria definição de exergia está relacionada com o ambiente de referência. Finalmente, utilizando dados de um navio porta contêineres da frota nacional, é exercitado um exemplo de aplicação com as análises termodinâmicas do motor de propulsão; são também avaliadas e simuladas as diversas alternativas de melhorias e novas fontes de energia, que visam a redução de consumo de combustível fóssil. / This work addresses the issue of reduction of fossil fuel use on ship machinery. Presently it is an interesting topic due to high operational cost and the pollution emissions generated by the combustion process. Initially, it is introduced the present scenario and future trends regarding conventional ship machinery that use heavy or diesel fuel oil. In the sequence, the proposed alternatives for reducing the use of fossil fuel on ships are presented and examined. These alternatives are classified into three categories. The first category comprises possible improvements to the design of ships for reduction of total energy demand. The other categories refer to the use of alternative energy sources, that produce and additional force on the ship reducing the required propeller thrust; or a supplementary power added to the propulsion shaft. For both cases there is also a reduction in the power required from the Diesel engine. Afterwards, the pertaining thermodynamics theory is revised and discussed with focus on the energy and exergy analysis as aid tools for evaluation of ship machinery. The energetic analysis, different from the sole energetic focus, is the most applicable tool to be employed for environmental issues as the self definition of exergy relates to an environment reference. Finally, using data from a typical container ship belonging to the national fleet, an application example using the thermodynamic analysis is performed to the propulsion main engine; as well as it is also simulated several alternative conditions for improvements and new energy sources, aiming to the reduction of fossil fuel consumption.

Orientador: Ivonete Ávila / Resumo: O crescimento populacional e o progresso tecnológico têm levado a crescente demanda por recursos naturais e energia, resultando na intensificação de impactos ambientais. O setor de energia é um dos principais emissores de CO2 antropogênico, principalmente devido a utilização de combustíveis fósseis, o que tem levado à busca por soluções tecnológicas visando a redução dos impactos ambientais associados à sua geração. Nesse contexto, esse trabalho visa realizar uma avaliação de desempenho ambiental da geração de energia elétrica das centrais termelétricas Fernando Gasparian e Piratininga com inserção da técnica de captura de CO2 por oxicombustão. Essa avaliação é realizada por meio de uma proposta conceitual própria que inclui avaliação do ciclo de vida (ACV) e avaliação termodinâmica com bases exergéticas. A avaliação termodinâmica abrange a operação das termelétricas, por meio de análise energética e exergética utilizando a teoria do custo exergético e o método CExC (cumulative exergy consumption). A ACV abrange desde a extração dos recursos até o fim de vida das instalações, utilizando os métodos de contabilização de recursos CED (cumulative energy demand), CExD (cumulative exergy demand) e CML IA baseline. Os resultados da avaliação termodinâmica permitiram verificar que a câmara de combustão é a principal destruidora de exergia e a inserção da técnica de oxicombustão impõe maior penalidade energética por causa da inserção dos componentes de separação de ar e processamento ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Population growth and technological progress have led to an increasing demand for natural resources and energy, resulting in the intensification of environmental impacts. The energy sector is one of the main emitters of anthropogenic CO2, mainly due to the use of fossil fuels, which has led to the search for technological solutions aimed at reducing the environmental impacts associated with its generation. In this context, this work aims to carry out an environmental performance evaluation of the electric power generation at the Fernando Gasparian and Piratininga thermoelectric plants with the insertion of the CO2 capture technique by oxy-combustion. This assessment is carried out through a conceptual proposal that includes life cycle assessment (LCA) and thermodynamic assessment with exergetic bases. Thermodynamic evaluation covers the operation of thermoelectric plants, through energy and exergetic analysis using the theory of exergetic cost and the CExC method (cumulative exergy consumption). ACV covers everything from resource extraction to the end of the facility's life, using the resource accounting methods CED (cumulative energy demand), CExD (cumulative exergy demand) and CML IA baseline. The results of the thermodynamic evaluation allowed to verify that the combustion chamber is the main destroyer of exergy and the insertion of the oxy-combustion technique imposes a greater energy penalty due to the insertion of the air separation unit and CO2 processing unit for CO2... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Uma das formas mais integradas, completas e eficazes para a gestão ambiental de atividades produtivas é baseada no ciclo de vida do produto, sendo a avaliação do ciclo de vida sua principal ferramenta. O produto avaliado é o álcool etílico hidratado combustível, por ser passível de melhorias ambientais durante seu ciclo de vida, alternativo frente aos fósseis e de grande importância estratégica para o Estado de São Paulo e para o Brasil. O objetivo é a avaliação do ciclo de vida do álcool etílico hidratado combustível utilizando o método EDIP (Environmental Development of Industrial Products) e introduzindo as avaliações exergéticas e emergéticas na avaliação e valoração do impacto. A estrutura metodológica está baseada nas normas da série NBR-ISO 14.040 e ISO 14.040. Os resultados do EDIP mostram que a atividade da colheita de cana apresenta o maior potencial de impacto para o consumo de recursos renováveis, o aquecimento global, a formação fotoquímica de ozônio troposférico, a acidificação e a toxicidade humana. O preparo do solo apresenta maior potencial para o consumo de recursos não renováveis e para a ecotoxicidade da água. O trato cultural apresenta maior influência na eutrofização e na ecotoxicidade do solo. Pela exergia, verifica-se que, para cada litro de álcool consumido, há uma perda de exergia pelas emissões atmosféricas de seu ciclo de vida, considerando que 25% da cana colhida seja crua, equivalente à exergia de, aproximadamente, 1,38 litro de álcool. Pela emergia, 69% do consumo de energia solar equivalente é realizado pelo veículo automotor. Portanto, a fim de adequar ambientalmente o ciclo de vida do etanol hidratado combustível, indica-se a eliminação da queimada, a redução do uso de agrotóxicos, de combustível fóssil e formas mais eficientes de uso do álcool combustível. / One of the most integrated, complete and efficacious means for the environmental management of productive activities is based on the life cycle of the product, whose main tool is the life cycle assessment. The assessed product is the hydrated ethylic alcohol fuel because of the environmental improvement possibilities during its life cycle, an alternative for fossil fuel and its great strategic importance to Sao Paulo State and Brazil. The goal is the life cycle assessment of hydrated ethylic alcohol fuel using EDIP (Environmental Development of Industrial Products) method and introducing exergy and emergy methods on the impact assessment and valuation. The methodological structure is based on the norms NBR-ISO 14.040 and ISO 14.040 series. The EDIP results show that the sugar cane harvesting activity presents the highest potential impact for the renewable resources consumption, the global warming, the photochemical ozone formation, the acidification and the human toxicity. The soil preparation activity presents the highest potential for the non-renewable resources and the ecotoxicity in water. The cultivation activity presents the highest potential for the nutrient enrichment and the ecotoxicity in soil. With the exergy method, it is verified that for each liter of alcohol consumed, there is an exergy lost by the atmospheric emissions of its life cycle, considering 25% of the total sugar cane cultivated and harvested is not burned, which is equivalent to the exergy of, approximately, 1.38 liter of alcohol. By the emergy method, 69% of the equivalent solar energy consumption is performed by the vehicle. Therefore, in order to achieve an environmentally benign life cycle of the hydrated ethylic alcohol fuel, it is indicated the sugar cane burning elimination, pesticides and fossil fuel reduction and more efficient manners of using alcohol fuel.

Uma das formas mais integradas, completas e eficazes para a gestão ambiental de atividades produtivas é baseada no ciclo de vida do produto, sendo a avaliação do ciclo de vida sua principal ferramenta. O produto avaliado é o álcool etílico hidratado combustível, por ser passível de melhorias ambientais durante seu ciclo de vida, alternativo frente aos fósseis e de grande importância estratégica para o Estado de São Paulo e para o Brasil. O objetivo é a avaliação do ciclo de vida do álcool etílico hidratado combustível utilizando o método EDIP (Environmental Development of Industrial Products) e introduzindo as avaliações exergéticas e emergéticas na avaliação e valoração do impacto. A estrutura metodológica está baseada nas normas da série NBR-ISO 14.040 e ISO 14.040. Os resultados do EDIP mostram que a atividade da colheita de cana apresenta o maior potencial de impacto para o consumo de recursos renováveis, o aquecimento global, a formação fotoquímica de ozônio troposférico, a acidificação e a toxicidade humana. O preparo do solo apresenta maior potencial para o consumo de recursos não renováveis e para a ecotoxicidade da água. O trato cultural apresenta maior influência na eutrofização e na ecotoxicidade do solo. Pela exergia, verifica-se que, para cada litro de álcool consumido, há uma perda de exergia pelas emissões atmosféricas de seu ciclo de vida, considerando que 25% da cana colhida seja crua, equivalente à exergia de, aproximadamente, 1,38 litro de álcool. Pela emergia, 69% do consumo de energia solar equivalente é realizado pelo veículo automotor. Portanto, a fim de adequar ambientalmente o ciclo de vida do etanol hidratado combustível, indica-se a eliminação da queimada, a redução do uso de agrotóxicos, de combustível fóssil e formas mais eficientes de uso do álcool combustível. / One of the most integrated, complete and efficacious means for the environmental management of productive activities is based on the life cycle of the product, whose main tool is the life cycle assessment. The assessed product is the hydrated ethylic alcohol fuel because of the environmental improvement possibilities during its life cycle, an alternative for fossil fuel and its great strategic importance to Sao Paulo State and Brazil. The goal is the life cycle assessment of hydrated ethylic alcohol fuel using EDIP (Environmental Development of Industrial Products) method and introducing exergy and emergy methods on the impact assessment and valuation. The methodological structure is based on the norms NBR-ISO 14.040 and ISO 14.040 series. The EDIP results show that the sugar cane harvesting activity presents the highest potential impact for the renewable resources consumption, the global warming, the photochemical ozone formation, the acidification and the human toxicity. The soil preparation activity presents the highest potential for the non-renewable resources and the ecotoxicity in water. The cultivation activity presents the highest potential for the nutrient enrichment and the ecotoxicity in soil. With the exergy method, it is verified that for each liter of alcohol consumed, there is an exergy lost by the atmospheric emissions of its life cycle, considering 25% of the total sugar cane cultivated and harvested is not burned, which is equivalent to the exergy of, approximately, 1.38 liter of alcohol. By the emergy method, 69% of the equivalent solar energy consumption is performed by the vehicle. Therefore, in order to achieve an environmentally benign life cycle of the hydrated ethylic alcohol fuel, it is indicated the sugar cane burning elimination, pesticides and fossil fuel reduction and more efficient manners of using alcohol fuel.