Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Ivan Nunes da Silva / Banca: Paulo Monteiro Vieira Braga Barone / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de simulação do escoamento e controle de vazamento para uma rede de distribuição de gás natural. De forma a alcançar os objetivos propostos, foram discutidos vários métodos de abordagem do problema de fluxo de gás em redes de gasodutos e definido um método mais adequado ao presente trabalho para compor as rotinas de simulação. Foram abordadas diversas formas de detecção de vazamentos de gás em tubulações, optando-se pelo balanço de volume para esse fim. Para a localização do vazamento ao longo do duto foi proposto e utilizado um sistema de Redes Neurais Artificiais (RNA). O fluxo no interior da rede de dutos é simulado por um sistema de equações diferenciais não lineares obtido para regime permanente, cuja solução para uma dada topologia de rede, fornece pares de valores de pressão e vazão em pontos específicos. A partir de valores de pressão e vazão de saída, obtidos de simulações em condições de vazamentos, é treinada uma RNA com o objetivo de fornecer a localização de eventuais escapes ao longo do duto. Sensores e medidores instalados em pontos estratégicos na rede, fornecem um conjunto de entrada ao algoritmo neural que tem como saída a posição do vazamento para as respectivas condições de operação. Atuando no controle de válvulas eletro-hidráulicas com controladores proporcionais, integrais e derivativos (PID), instaladas na rede, é possível isolar eventuais trechos com vazamento. Para tanto, foi projetado um controlador PID para otimizar o tempo de resposta das respectivas válvulas. De acordo com o modelo proposto de análise, foi desenvolvido um sistema algébrico computacional com interface gráfica amigável, em linguagem Delphi, que relaciona rotinas de simulação, algoritmos neurais, e mecanismos remotos de supervisão... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A flow simulation and a leaking control computational system has been developed for a gas distribution network pipeline. A discussion of gas flow in pipeline is presented and the lamelar regime of flow has been chosen to be implemented in a simulating routine. Also, a description of gas leaking detection method has been carried out and the balance volume one has been adapted to find out the location of the leaking point in the pipeline a system an artificial neural network (ANN) has been proposed. The flow info the pipeline network is simulated by a system of non-linear deferential equation, obtained in a lamelar regime, which solution for any topology greed specification provide a couple of values of pressure and flow at discrete points into the domain. From this couple of values of pressure and flow at the ending point of the pipeline, obtained by simulating leaking condition, an ANN is trained with the purpose to provide a location of eventual escapes through the pipeline. Sensors to detect flow located in strategical points of the network pipeline may provide information to feed the neural system which output is the position of leaking point under a such operation conditions. Handle the electro-hydraulic through the proportional integral derivative (PID), installed along the network pipeline, is possible to isolate a pipeline interval with eventual leaking. For this purpose a PID controller system has been developed to minimize the time response of the electro-hydraulic valves. According to the proposed model of analysis, an algebric computational system with a friendly graphic interface in a Delphi language has been carried out. In this computer program simulating routine, neural algorithmic and remote mechanism of supervision and control... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-21T18:37:24Z No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaCarolinaSilvaGomes.pdf: 9561189 bytes, checksum: d87ab7da650ee2d05e692043b292d4fd (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-21T18:37:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaCarolinaSilvaGomes.pdf: 9561189 bytes, checksum: d87ab7da650ee2d05e692043b292d4fd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-21T18:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaCarolinaSilvaGomes.pdf: 9561189 bytes, checksum: d87ab7da650ee2d05e692043b292d4fd (MD5) Previous issue date: 2018-05-21 / O gás natural é um hidrocarboneto proveniente da decomposição da matéria orgânica pela ação de bactérias anaeróbicas a grandes profundidades e altas temperaturas. É responsável por 20% da geração de energia mundial atualmente, o que prova a sua importância para o setor energético. O gás metano é o principal constituinte do gás natural, podendo chegar a representar até 97% da sua composição. Por ser um grande poluente e um dos gases que mais contribuem para o efeito estufa no planeta, o gás metano tem sido o assunto de muitos debates que envolvem riscos ao meio ambiente. Muitos desses riscos são relacionados às emissões fugitivas em gasodutos, os quais são tubulações que realizam o transporte de gás natural que parte da indústria petrolífera e chega aos clientes residenciais e industriais finais. Tais emissões caracterizam o principal tipo de emissão de gás natural gerada pela indústria petrolífera. Como o metano é um gás altamente inflamável, as emissões fugitivas de gás natural colocam em risco a vida das pessoas que trabalham na indústria do petróleo e que moram em regiões atravessadas pelos gasodutos. Por isso, nos últimos anos, a demanda por sensores de gás que consigam operar de forma mais eficiente, confiável e com menos custos para detectar emissões fugitivas de gás natural em gasodutos aumentou significativamente. Óxidos semicondutores de estanho atuam como uma importante e atraente base para classes de sensores de gás. Com isso, muitas pesquisas recentes têm abordado temas relacionados à melhoria de desempenho de sensores desse tipo, tais como: propriedades dos óxidos semicondutores, redução ao tamanho nanométrico dos óxidos semicondutores, dopagem de óxidos semicondutores com elementos químicos específicos, entres outros. A partir disso, neste trabalho, foram confeccionados cinco filmes finos de dióxido de estanho dopados com o elemento ferro em cinco diferentes concentrações estequiométricas e um filme fino de dióxido de estanho sem dopagem. O objetivo da confecção dos filmes finos foi aplicá-los como nanosensores do gás metano. Todos esses filmes finos foram depositados durante duas horas sobre substratos de vidro através do uso da técnica de pulverização catódica. Para a produção de cada um desses filmes, primeiramente, foram feitas seis ligas metálicas de Sn e Sn/Fe, usando um forno de arco. A liga composta somente por estanho foi utilizada para a fabricação do filme de SnO2 não dopado, enquanto que as outras cinco ligas compostas por estanho e ferro foram usadas para a produção dos filmes de SnO2 dopados com ferro. Além disso, foram realizadas caracterizações estruturais, óticas, morfológicas e magnéticas dos filmes através dos métodos de Difratometria de Raios-X, Espetrofotometria no Ultravioleta e Visível, Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia de Força Atômica e Medições Magnéticas. Tais métodos possibilitaram o estudo das propriedades dos filmes finos. Em seguida, foram feitos testes de sensores para o gás metano no interior de uma câmara fechada a uma temperatura de 200°C. Tais testes permitiram a medição da resistência elétrica de cada filme aplicado como nanosensor em função do tempo, na presença de uma mistura gasosa contendo gás metano e na presença do ar atmosférico. As caracterizações morfológicas evidenciaram a presença dos filmes finos depositados sobre os substratos de vidro. As caracterizações estruturais mostraram a formação de uma única fase correspondente à estrutura cristalina do dióxido de estanho. As caracterizações óticas permitiram encontrar o valor do gap de energia de cada filme fino, sendo que cada valor encontrado se aproximou do respectivo valor encontrado na literatura para o sólido cristalino de dióxido de estanho. As medições magnéticas mostraram a coexistência dos comportamentos paramagnéticos e ferromagnéticos nos filmes finos com dopagem de ferro. Os testes de sensores de gás permitiram verificar a influência da dopagem do ferro no desempenho dos nanosensores de dióxido de estanho. Os resultados dos testes indicaram que o filme fino de SnO2 dopado com 5% de ferro teve uma melhora significativa na resposta como nanosensor do gás metano, em comparação aos outros filmes finos de SnO2 produzidos, não dopados e dopados com ferro. Logo, é possível concluir que a dopagem com ferro a partir dessa concentração tem importante influência na melhoria do desempenho dos filmes finos de SnO2 como nanosensores do gás metano. / Natural gas is a hydrocarbon derived from the decomposition of organic matter by the action of anaerobic bacteria at great depths and high temperatures. It accounts for 20% of the global energy generation nowadays, a fact which proves its importance to the world's energy sector. Methane gas is the main constituent of natural gas and accounts for up to 97% of its composition. It has been the subject of many debates that involve risks to the environment because it is a major pollutant and one of the gases that most contribute to the greenhouse effect on the planet. Many of those risks are related to fugitive emissions from gas pipelines. These pipelines transport natural gas from the oil industry to residential and industrial final customers. Fugitive emissions of natural gas endanger the people’s life who work in the oil industry and people who live in the regions crossed by pipelines. That is why the demand for gas sensors that can operate efficiently, reliably and with less cost to detect fugitive emissions from gas pipelines has significantly increased in the last years. Tin oxide semiconductors act as an important and attractive base for gas sensors. Then, many recent researches has been devoted to topics related to the performance improvement of this type of sensors such as: the semiconducting oxides properties, size reduction of semiconducting oxide to a nanometric scale, doping of semiconducting oxides with specific chemical elements, etc. In this work, six thin films of tin dioxide were deposited to test the methane gas sensing response. Five of these films were doped with iron at five different stoichiometric concentrations. The sixth film was an undoped sample. All these thin films were deposited on glass substrates during two hours using the sputtering technique. The purpose of making thin films was to apply them as methane gas nanosensors. The targets used for the films deposition were alloys of Sn/Fe with specific stoichiometry previously fabricated in an arc furnace. Pure tin was used for the fabrication of the undoped SnO2 (intrinsic) film while the other five Sn/Fe alloys were used for the production of iron doped SnO2 film. In addition, the structural, optical, morphological and magnetic characterization of the films were carried out using the following methods: X-ray Diffraction, Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Magnetic Measurements. The study of thin films properties was based on the results of these methods. Subsequently, tests were performed using methane gas and thin films inside a closed chamber at a temperature of 200°C. These tests consist in measuring the electrical resistance of each film as a function of time in the presence of atmospheric air and the methane gas. The morphological characterization evidenced the presence of the films deposited on the glass substrates. The structural characterization showed the formation of a single phase corresponding to the tin dioxide crystalline structure. The optical characterization indicated the energy gap value of each thin film. These values found experimentally are close to the theoretical values for the tin dioxide crystalline solid. Magnetic measurements showed the coexistence of paramagnetic and ferromagnetic behavior in iron doped films. The gas sensor tests verified the influence of iron doping on tin dioxide nanosensors performance. The general results indicated the SnO2 film doped with 5% iron had a significant improvement in the response to the methane gas in comparison to films with other Fe concentration (0% to 4%). Therefore, it is possible to conclude the 5% iron doping has an important influence on the performance of SnO2 thin films as methane gas nanosensors.

Orientador: Celso Luiz da Silva / Banca: Vicente Luiz Scalon / Banca: José Roberto Simões Moreira / Resumo: Recentemente, diante da crise energética, dos problemas ambientais e econômicos, da política de estímulo do gás natural e da importância crescente de aplicações de cogeração, tem-se observado um interesse renovado para aplicação de ciclos de absorção, devido à possibilidade de aproveitamento energético, para fins úteis, do calor residual de diferentes processos. Resfriadores "chillers" de absorção são extensamente utilizados em indústrias de ar condicionado, em parte porque eles podem ser acionados através de água quente, vapor, queima do gás natural, energia solar, biomassa, dentre outros, em vez de eletricidade3, já que aproximadamente 15% de toda a eletricidade produzida mundialmente é usada para refrigeração e condicionamento de ar de acordo com o Instituto de Refrigeração em Paris (IIF/iir). Este trabalho tem como objetivo principal avaliar o ciclo de refrigeração por absorção com solução de brometo de lítio-água utilizando biogás de aterro sanitário e misturas deste com gás natural. Com a obtenção do potencial energético do biogás de aterro sanitário, gás natural e suas misturas, utilizando o "software" "Combust", simulou-se através do "software" EES (Engineering Equantion Solver), um ciclo de refrigeração por absorção com capacidade frigorífica variando entre 18 e 70 KW baseando-se em dados de equipamento de refrigeração por absorção comerciais. As análises dos resultados mostraram a viabilidade energética do sistema utilizando no gerador biogás, gás natural e suas misturas quando comparada com equipamento que utilizam combustíveis tradicionais (GN, óleo diesel, dentre outros), para acionamento de equipamentos de refrigeração (chiller) comerciais com capacidade de resfriamento de 12900 Kcal/h e temperatura da água na entrada... / Abstract: Recently, because of the energy crisis, the environmental and economical problems, the politics of incentive of the natural gas and the growing importance of cogeration applications, a growing interest has been obseved toward application of absorption cycles, due to the possibility of energy use, for useful ends, of the residual heat of different processes. Coolers (chillers) of absorption have been used widely in industries of air conditioning, partly because they can be operated by hot water, vapor, natural gas, solar energy, biomass, among other, instead of electricity, since approximately 15% of all the electricity produced is globally used for refrigeration and air conditioning according to the International Institute of Refrigeration in Paris (IIF/IIR). Thir work has as the main objective to evaluate a cycle of refrigeration for absorption with solution of lithium bromide-water using biogas of sanitary landfill and mixtures of this with natural gas. By obtaining the energy potential of the biogas of sanitary landfill, natural gas and their mixtures, using the software Combust, it was simulated with the software EES (Engineering Equation Solver), a cycle of refrigeration for absorption with a refrigerating capacity in the range between 18 and 70 kW, which are actual data of equipment of refrigeration for commercial absorption. The analyses of the results showed that the energy viability of the system using in the generator biogas, natural gas and their mixtures when compared with equipments that use traditional fuels (GN, diesel oil, among other), for operation of equipments of refrigeration (chiller) commercial with capacity of refrigeration of 12900 kcal/h and temperature of the water in the... / Mestre

Esta dissertação analisa o potencial de mercado do gás natural boliviano em trinta e sete municípios paulistas, localizados ao longo do gasoduto ainda em fase de projeto. A partir da análise dos últimos 15 anos da matriz energética, do Estado de São Paulo, é realizada uma extrapolação de tendências do crescimento da demanda de gás natural para os setores industrial, comercial, residencial, e de transportes, até o ano 2015. Contata-se que a oferta é menor que a demanda existente e que somente no setor industrial, o gás natural pode substituir diretamente 116 MW de energia elétrica, utilizada no aquecimento de processo. Este trabalho indica que a cogeração e a produção independente enquanto formas de geração descentralizada, utilizando gás natural e subprodutos da cana, é uma prática mais recomendável que a construção de uma unidade de termogeração centralizada e de grande escala. / This work analyses the potential Market for Bolivian natural gas at thirty seven municipalities of de São Paulo State. These municipalities are located on the neighborhood of the proposed pipeline route. Data of the last 15 years allowed the extrapolation natural gas demand trend until the year 2015, for the industrial, commercial, residential and transport sectors. It was concluded that supply is smaller than demand and that is possible to substitute natural gas for 116 MW of currently used electric power in heat processes. This work indicates that the cogeneration and decentralized independent power production, utilizing natural gas and sugar0cane by-products, is an option more attractive than the construction of a large centralized thermogeneration unit.

O desenvolvimento de uma indústria de gás natural no Brasil tem sido debatido com mais ênfase desde meados da década de 80, quando diversos estados, desejosos de diversificar sua matriz energética, provendo o mercado com um energético de inegável apelo ambiental, reuniram-se em Brasília, sob a égide da Comissão Nacional de Energia e iniciaram as primeiras projeções de demanda e de uso nal para o gás natural. Desde então, a indústria de gás no pais tem apresentado índices signicativos de crescimento, com a criação de novas empresas concessionárias de distribuição e o aumento do consumo, notadamente nos estados de São Paulo, Minas Gerais, Bahia e Rio de Janeiro. A perspectiva de importação de gás boliviano, com a assinatura, em 1992, de um primeiro protocolo de intenções entre a Petrobrás e a Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos- YPFB, gerou um longo processo de negociações entre a estatal brasileira e as distribuidoras de gás canalizado de São Paulo (Comgás), Minas Gerais (Gasmig), Rio de Janeiro (CEG), Mato Grosso do Sul (Enersul), Paraná (Compagás), Santa Catarina (SC Gás) e Rio Grande do Sul (SuIgás), visando a assinatura de contratos de suprimento com prazo de 20 anos. O principal impasse à concretização desses contratos diz respeito à definição do preço máximo do gás no ponto de entrega às concessionárias (\"city gate\")\', para o qual, acrescendo-se a margem de distribuição, ter-se-ia a adesão do consumidor. A grande dificuldade consiste em ajustar o preço imposto pela Petrobrás, o qual fugindo à lógica econômica, será equalizado em todos os pontos de entrega, de Corumbá e Porto Alegre, com o preço considerado competitivo para o mercado industrial, hoje abastecido basicamente com óleo combustível de alto teor de enxofre. O trabalho desenvolvido nesta dissertação tem por objetivo determinar o preço competitivo do gás natural em São Paulo, tanto no consumidor industrial como no city gate e quais os volumes contratuais que poderão vir a ser aceitos pela Comgás, atual concessionária estadual de distribuição de gás canalizado, caso haja flutuações nos preços ora ofertados pela Petrobrás. Considerando ainda o grande número de estudos de mercado desenvolvidos no Estado, desde meados da década de 80, neste trabalho também será apresentado uma análise e um resumo dos principais resultados desses estudos, buscando disponibilizar, para todos aqueles interessados no estudo. / The development of the natural gas industry in Brazil has been emphatically discussed since the mid-Eighties, when representatives of several Brazilian States willing to diversify their energy share and supply the market with a clean source of energy, met in Brasil\'s capital, sponsored by the former National Energy Commission and prepared the first long term gas consumption forecasts. Since then, the Brazilian gas sector has shown an enhanced growth, helped by the establishment of new local distribution concessionnaires and also by an increase in gas consumption in the states of São Paulo, Minas Gerais, Bahia and Rio de Janeiro. After the signature of a rst memorandum of understanding between Petrobrás and Yacimientos Fiscales Bolivianos - YPFB in 1992, the perspective of importing gas from Bolivia produced a long negotiation process involving the Brazilian oil company and the seven state concessionaires: Comgas(SP), CEG(R.J), Gasmig(MG), Compagás{PR), Enersul(MS), SC Gás(SC) and Sulgás (RS); the goal was to sign a 20 years gas supply agreement. The main constraint refer to the maximum affordable city gate price for which the gas will remain competitive after adding the distribution margin. It has been very difcult to match the city gate price imposed by Petrobrás, that has not been settled according to economical criteria and shall be equalized in all city gates - from the close to the border Corumbá up to the far Porto Alegre - with a consumer\'s gate price which can be considered competitive to the high sulphur content fuel oil consumed in most factories in the Southern and Southeastern regions. This dissertation aims at estimating the competitive price to natural in the state of São Paulo, both at city gate and consumer\'s gate as well as the economical demand to be contracted by Comgás, the current São Paulo gas distribution concessionaire, according to a set of prices variation. Taking into account the wide quantity of market studies developed in São Paulo for more than 10 years, and the variety of data presented, this dissertation will also present an abstract of their most important results in such a way to make available for those interested in the gas sector in São Paulo a piece of history of this fascinating industry, in which the author has being participating for the last 18 years. It should also be emphasized that one has looked for making the estimates and preparing the simulations in a very impartial manner. Nevertheless one shall take into account that this work carries a viewpoint of the gas distribution sector and also of the market; sometimes it may show some vehement statements about the pace of gas development in the country and also about the often.

A importação de gás natural da Bolívia possibilitará considerável aumento de consumo deste combustível na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Estudo de mercado recente concluiu pela viabilidade econômica de uma demanda industrial na região acima de 6 milhões de m\'/dia no ano 2000, quase o dobro do consumo atual. Neste trabalho procuramos avaliar, do ponto de visita da demanda , o impacto sobre o meio ambiente resultante desta mudança de combustível e, também, uma investigação sobre eventual mudança da eficiência energética do setor industrial convertido ao gás natural. Grande parte deste gás natural será consumido na substituição de óleo combustível (50%), na ampliação de sua utilização atual (40%) e no deslocamento da eletricidade (7,3%) e da biomassa (2,7%). Com os dados disponíveis sobre as emissões na RMSP , considerando os deslocamento dos outros combustíveis e o aumento de consumo de gás natural , adotando-se os coeficientes de emissão reconhecidos, efetuamos um balanço das emissões resultantes desta mudança. Para a avaliação da eficiência energética fazemos uma investigação direta das mudanças de consumo junto às indústrias já convertidas ao gás natural. O balanço realizado indica uma grande redução das emissões industriais dos óxidos de enxofre (94%) e uma redução apreciável da geração de gás carbônico nas indústrias convertidas ao gás natural ( 13,4%). Apresenta uma modesta redução de material particulado (7,6%) e de monóxido de carbono (4%) e uma considerável redução na geração de óxidos de nitrogênio (13,7%). A nossa investigação indica a possibilidade de redução de consumo energético nos setores pesquisados e nítidos ganhos na operação e manutenção das instalações industriais convertidas ao gás natural. / With the Brazilian importation of natural gas from Bolívia, it will be feasible a considerable increase in the consumption of this fuel in the Great São Paulo Area. Recent evaluations concluded by the feasibility of the industrial demand of natural gas in this area, higger than 6 million m3/day on year 2000 , more than two times the current consumption. In this work we carried out an evaluation , from the demand point of view, of the environmental impact due to fuel substitution and natural gas market increase. Also the investigation related to possible changes in energy efficiency of industrial sectors converted to natural gas users is developped here. The largest share of this natural gas will be utilised in the substituition of fuel oil (50%), increase on natural gas utilisation (40%), as well as replacement of eletricity (7,3%) and biomass (2,7%). Based in the available air quality data for this urban area, in the replacement of other fuels, and the acceptable emissions coefficients, we present a balance of the final situation. For the evaluation of energy efficiency , a direct investigation about the change in consumption at industries already converted to natural gas was performed. The study indicates a scenario where considerable reduction on industrial emissions of sulfur oxides (94%), a significant reduction of carbonic dioxide (13,4%), a modest reduction on particulates (7,6%) and carbon monoxide (4%), and a considerable reduction too on nitrogen oxides (13,7%). Our investigation indicated the possibility of reduction on the energy comsumption , of the industrial sectors investigated and clear earnings on operation and maintenance of industrial instalations converted to natural gas.

O gás natural é visto atualmente por muitos países como o combustível de transição para uma matriz energética renovável. A sua forma liquefeita, o GNL, permite a redução do seu volume em cerca de 600 vezes, viabilizando a sua comercialização até mesmo para distâncias transoceânicas. O processo Single Mixed Refrigerant (SMR) é largamente empregado para a liquefação do gás natural, principalmente em plantas de pequeno a médio porte. Devido à alta carga energética envolvida nesse processo, é constante a busca por soluções para torná-lo mais eficiente, incluindo a obtenção de composições ótimas da mistura refrigerante (MR) e das condições de operação. A concentração ótima da MR está fortemente ligada à composição do gás natural a ser liquefeito. Este trabalho então tem por objetivo analisar o impacto da variação da composição do gás natural no trabalho total de compressão se for mantida a mesma mistura refrigerante. Para tanto, inicialmente é realizada a otimização do processo SMR para três composições típicas de gás natural (pobre, rico e metano puro), tendo em vista obter o menor trabalho específico de compressão possível. Em seguida, os cenários gerados são otimizados considerando a sua aplicação com as demais composições de gás natural. Por fim, foi proposta uma otimização integrada de forma a otimizar a mistura refrigerante para operar simultaneamente com os três tipos de gás natural. Cada rotina de otimização inclui primeiramente um algoritmo global (DiRect), e após um algoritmo local (MMA). Foi descoberto que a mistura refrigerante 1 (MR1), resultante da otimização do gás pobre, gerou a menor perda de energia quando utilizada com outros gases, economizando 156,2 kW e 175,3 kW quando comparado à MR2 e MR3, respectivamente. / Currently natural gas is known in many countries as the fuel of transition to a renewable energy matrix. Its liquefied form, LNG, allows its volume to reduce nearly 600 times, making feasible its commercialization even overseas. The Single Mixed Refrigerant process (SMR) is widely used for liquefying natural gas, mainly in small and mid-scale plants. Due to the high energy necessary in this process, many studies seek make it more efficient by obtaining the optimal Mixed Refrigerants (MR) compositions and operation conditions. MR concentration is closely related with the natural gas to be liquefied. This work, then, aims to analyze the impact of natural gas composition variation in the shaft power when using the same refrigerant. To achieve that, firstly it is done a SMR process optimization with three common natural gas compositions (poor, rich and pure methane), targeting the lowest overall shaft work. Henceforth, the scenarios previously created are optimized considering their utilization with the other natural gas compositions. Finally, an integrated optimization was proposed in order to optimize the refrigerant mixture to operate simultaneously with the three types of natural gas. It was found that MR1, resulted from poor gas optimization, generated the lowest energy loss when used with the other gases, saving 156.2 kW and 175.3 kW comparing to MR2 and MR3, respectively.

O estudo de ciclos de refrigeração é de grande importância devido à preocupação crescente com o consumo de energia elétrica, diretamente ligada à eficiência de funcionamento dos componentes do processo. Considerando o elevado consumo de energia em ciclos de refrigeração, a otimização da operação destes sistemas se traduz em economia significativa. Este trabalho apresenta a aplicação de um método para otimização de ciclos de refrigeração por compressão a vapor, utilizados em unidades de processamento de gás natural. A metodologia empregada tem o propósito de otimizar este sistema através da determinação dos valores das variáveis de decisão que permitem atender a demanda energética da unidade com o compromisso de maximizar a eficiência do ciclo. Neste contexto realizou-se a análise dos principais componentes do ciclo de refrigeração e seu funcionamento. No presente trabalho realizou-se a simulação do processo utilizando o Excel, com o auxílio da biblioteca termodinâmica do Coolprop, onde foram definidos os valores mais efetivos das variáveis que causam maior impacto no Coeficiente de Performance (COP) do ciclo de refrigeração. Como principal análise é apresentada uma simulação do processo com dados de projeto. Posteriormente realiza-se uma análise do comportamento do ciclo frente a modificações das variáveis de decisão e uma otimização do processo para aumento do COP. Por fim é analisado o comportamento do ciclo de refrigeração frente a variações das condições de entrada do gás natural. A análise de sensibilidade foi realizada com as principais variáveis de decisão (pressões do ciclo, fração vaporizada e calores dos trocadores). Observa-se que com o aumento da pressão máxima de operação tem-se um aumento na vazão geral do ciclo e impacto na variação no trabalho do primeiro estágio de compressão. Quando analisa-se a variação da pressão mínima não se observa impacto na vazão do ciclo. Através da otimização do caso base obteve-se um aumento de 35% do COP, passando de 2.66 para 3.61. A otimização foi realizada considerando que a temperatura final do gás natural, ou temperatura do gás natural após passar pelo ciclo de refrigeração, não sofresse variação maior que 2%. / Due to the rising concern about electric energy consumption, refrigeration cycles studies have become more and more important. Considering the high energy that a refrigeration cycle demands, its optimization translates into expressive gains. This work presents an optimization of a vapor-compression refrigeration cycle commonly found in natural gas processing plants. The purpose of the employed methodology is to optimize the system through determination of the decision variables values, which still attend the energetic demand of the plant. In this context, the main components of the cycle were analyzed and modelled. Using the thermodynamic library Coolprop the refrigeration cycle was simulated and determined which variables have more influence in the Coefficient of Performance (COP) and its most effective values. It is presented as the main analysis a simulation of the process using project data. Then the behavior of the cycle was analysed by variating decision variables and optimized in terms of yielding a higher COP. Finally, the behavior of the cycle was analysed by changing properties such as temperature and mass flow of the natural gas entering the process. The sensitivity analysis was made by changes in the main decision variables (cycle pressures, vaporized fraction and heat from the heat exchangers). It was observed that the higher the maximum operation pressure, the higher the cycle mass flow is. In terms of varying the minimum pressure it was not observed changes in the cycle mass flow. By optimizing the reference case, the value of COP was increased from 2,66 to 3,61, an increase of 35%. The optimization was conducted considering that the natural gas final temperature, or the temperature of the natural gas after passing through the refrigeration cycle, did not have a variation higher than 2%.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6298_1.pdf: 1483387 bytes, checksum: 227a1ee90f696c895a9a22ed20f5d3b8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis / Nos anos 70, a crise do petróleo eleva o preço do barril de US$3,00 para US$35,00, provocando uma crise econômica mundial. O Brasil é duramente afetado, pois importava 90% do petróleo que consumia. O País necessitava reduzir rapidamente as importações de petróleo. Procurou aumentar a exploração do petróleo nacional e incentivar o uso de combustíveis alternativos como o álcool e o gás natural. O Próálcool inicia sua trajetória em 1975 e o gás natural ganha, em 1980, um programa de incentivo, o Plano Nacional de Gás- PLANGÁS . Seu objetivo era inserir efetivamente o gás natural na matriz energética brasileira. Do PLANGÁS, nascem outros programas como o de Recife e o de Natal, que são objetos deste trabalho. Entretanto, os programas não obtiveram êxito, deixando uma imagem negativa do uso do gás natural no transporte coletivo. Esta dissertação objetiva analisar as experiências de Recife e Natal, esclarecendo quais foram as principais causas dos seus fracassos. Para isso, realiza uma ampla pesquisa bibliográfica das experiências em programas de uso do gás natural em transporte público e resgata, através de pesquisa secundária e entrevistas, a história destas experiências. A análise do material coletado permite definir as principais causas dos fracassos. Apresentase a evolução da questão do gás desde 1990 até hoje. Finalmente, pode-se extrair lições que serão úteis ao desenvolvimento de novos programas de incentivo ao uso de gás no transporte público urbano

As reservas de gás Natural de Camisea constituem um potencial energético que devem influenciar as condições de desenvolvimento dos mercados de gás natural e de eletricidade na região sul da América do Sul (Argentina, Bolívia, Brasil, Chile e Peru). Como e realização destas reservas deverá exceder consideravelmente a demanda existente no Peru, a oferta de gás natural poderá ser orientada para mercados rentáveis na região. Pela sua distância das reservas de Camisea e pelas características da sua recente evolução, entendemos que os mercados mais indicados estão IocaIizados na Região Norte e Centro-Oeste do Brasil. Desse modo, a presente dissertação analisa a viabilidade técnica e econômica de expansão da oferta de gás natural por meio de um gasoduto, que teria como mercado nal os estados do Acre, Rondônia, Amazonas e Mato Grosso no Brasil, sendo o principal objetivo demonstrar a existência de uma alternativa viável. O gasoduto estaria composto por uma seção principal e dos ramais; o duto principal iria de Camisea (Peru) a Porto Velho (Brasil); o primeiro ramal ligaria Porto Velho a Manaus e o segundo ramal partiria de Porto Velho a cidade de Cáceres no Mato Grosso. Nesta cidade se conectaria com o gasoduto que fornecerá gás natural à usina termelétrica de Cuiabá e que, por sua vez, se conectará com o gasoduto Bolívia Brasil. Considerando o preço de US$ 1,00 / MMBtu na jazida de Camisea e uma taxa de desconto de 13% constata-se que, a integração energética entre Peru e Brasil mostra-se viável de um ponto de vista técnico e econômico mesmo considerando unicamente os mercados do setor elétrico e de grandes indústrias, (1) com demandas conservadoras (taxa de crescimento médio de 6% ao ano), (2) sem considerar a entrada de novas indústrias e (3) com uma capacidade ociosa média do gasoduto de até 39%. / The Cemisea´s natural gas reserves should play a major role in the natural gas and electricity market development in the southern region of Latin America (Argentina, Bolivia, Brazil, Chile, and Peru). As the development of the Camisea gasfields will considerably exceed the existing demand in Peru, the supply of natural gas could be oriented to more profitable markets in the region. Give the short distance from the Camisea natural gas reserves and their recent evolution, the most suitable markets are located in the Northern and Central Western regions of Brazil. This work assesses the technical and economic feasibility for the natural gas supply through a gasline from Camisea that would have its market in the States of Acre, Rondônia, Amazonas and Mato Grosso in Brazil. The main objective is to show the existence of a feasible option. The gasline would consist of a main line and two branches. The main line would go from Camisea (Peru) to Porto Velho (Brazil); the first branch would link Porto Velho to Manaus and the second branch would link Porto Velho and the city of Cáceres in Mato Grosso. In Cáceres, this branch would be connected to the gasline that will provide natural gas to the Cuiabá thermal power plant and, then, to the Bolivia Brazil gasline. Considering a price of natural gas in Camisea of US$ 1,00/MMBtu and a discount rate of 13 percent, the energy link between Peru and Brazil would be feasible under a technical and economic perspective even when taking into account (1) the markets of the electric power sector and large industries with conservative demands (i.e., growth rates of 6 percente per year), (2) without considering revenues of new industries and (3) with an average idle capacity for the gasline up to 39%.