Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Robson Leal da Silva / Resumo: No presente trabalho foram apresentadas diferentes simulações para a operação de uma planta sucroalcooleira produtora de açúcar, etanol e bioenergia, a qual passou por uma ampliação recente, havendo momentaneamente a necessidade de compra de bagaço para atender aos contratos de venda de energia. Para tanto, foram considerados variações na moagem (de 1.500.000 até 1.800.000 toneladas de cana por safra) e no mix de produção (de 40 a 80 %), mantendo-se a potência gerada em 39,3 MW e 45 MW para cada situação. Além disso, também foi considerada o efeito da variação da taxa condensação na turbina (entre 50 e 70 t/h). Para cada caso são apresentadas análises termodinâmica, termoeconômica e econômica, identificando as vantagens e desvantagens de cada situação, incluindo a verificação da viabilidade e atratividade do empreendimento. Os resultados mostram que a ampliação da termoelétrica geram benefícios tanto para a produção de açúcar e etanol, através do aumento da capacidade de moagem, como, também, proporciona uma possibilidade de ganho na comercialização de energia através do aumento de mais de 82 % na energia exportada / Abstract: In this work, different simulations for the operation of a sugarcane mill that produces sugar, ethanol and bioenergy, which has undergone a recent expansion requiring purchase of bagasse to meet energy sales contracts, were carried out. For this was taking into account the variations in the milling (from 1,500,000 to 1,800,000 tons of cane by harvest) and in the sugar-alcohol production mix (from 40 to 80 %), keeping the power output of 39.3 MW and 45 MW for each situation. Furthermore, the effect of the variation in the turbine condensation rate (from 50 to 70 t/h) was also considered. For each case, thermodynamic, thermoeconomic and economic analyzes are presented, identifying the advantages and disadvantages of each situation, including the viability and attractiveness of the investment. The results show that the expansion of plant generates benefits both for the production of sugar and ethanol, by increasing the milling capacity, as provides a chance to gain on sale of energy through the increase of over 82 % in the energy exported / Mestre

Orientador: Silvia Azucena Nebra de Perez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T05:59:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuarineloJunior_FlavioFernando_M.pdf: 13289619 bytes, checksum: 071272a1f97f1b5a7cc53461f4f94b0e (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho trata da aplicação de conceitos da termoeconomia à um estudo preliminar de um sistema de cogeração baseado em turbina a gás aeroderivativa e caldeira de recuperação, que visa suprir as demandas térmica e elétrica de um pólo industrial situado na cidade de Cabo -PE. É introduzida a análise energética, exergética e termoeconomica, para avaliar as eficiências segundo métodos e critérios específicos à sistemas de potência, para duas situações hipoteticamente admitidas quanto ao nível de geração de eletricidade - com e sem injeção de vapor na turbina a gás, que representam os perfis médios de demanda, segundo o fator de capacidade apresentado. Na análise termoeconôrnica são introduzidos alternativas de financiamento que possibilitam avaliar os reflexos dos custos de capital e combustível na composição dos custos da eletricidade e do vapor, segundo os métodos de alocação passíveis de serem aplicados a sistemas de cogeração. As alternativas de financiamento são ainda submetidas à técnicas conhecidas de análise de investimentos / Abstract: The main purpose of this work is to apply the Thermoeconomics concepts to a preliminary study of a cogeneration system, based on a gas turbine and HRSG, which objects to attend the thermal and electrical demand of an industrial complex, sited in Cabo-PE. The power plant is evaluated on the basis of the First and Second Law. Also the Thermoeconomic analysis, was applied for two hypothetical operation conditions, as regards the leveI of electric power generation - with and without steam injection in the gas turbine, which represents the middle demand outline, according to presented capacity factor. In the thermoeconomic analysis is introduced project finance options generally used in Brasil, what permits an evaluation of capital and fuel costs considering in the electricity and steam costs, according to allocation methods susceptible to be applied in cogeneration systems. The financirtg options, are subjected to known technics of investments analysis / Mestrado / Energia / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Atilio Barbosa Lourenco.pdf: 1281099 bytes, checksum: 30b11e22aaae3c126ccd46522b08d45e (MD5) Previous issue date: 2012-12-13 / Este trabalho tem como objetivo apresentar uma abordagem termoeconômica alternativa cuja aplicação em ciclos de refrigeração deve isolar equipamentos dissipativos, como condensadores e válvulas, na estrutura produtiva de modo que os resultados gerados sejam coerentes. A abordagem, chamada de Modelo UFS, é baseada no conceito de desagregação da exergia física, no caso, em três componentes, a saber, termo de energia interna, termo de trabalho de fluxo e termo entrópico e é aplicada a cinco ciclos de refrigeração, a saber, ciclo reverso de Carnot, ciclo simples por compressão de vapor, ciclo multipressão por compressão de vapor em cascata, ciclo multipressão por compressão de vapor com interresfriamento e ciclo por absorção de simples efeito. Os balanços de custo são avaliados em nível dos componentes dos ciclos e os custos exergéticos unitários dos fluxos internos e do produto são obtidos. Também é feito o balanço de exergia e comparado com a diferença entre insumo e produto para cada unidade física dos ciclos, além da avaliação das razões produto-insumo. Os resultados mostram que os custos exergéticos unitários nunca são menores que a unidade e que as razões produto-insumo nunca são maiores que 100%, além da análise exergética gerar os mesmos valores de irreversibilidades que a diferença entre insumo e produto. Por fim, comentários são tecidos, bem como sugestões para trabalhos futuros / The goal of this work is to present an alternative thermoeconomic approach whose application to refrigeration cycles should isolate dissipative components, as condensers and valves, in the productive structure so the yielded results are consistent. The approach, called UFS Model, is based on the concept of physical exergy splitting into three components, namely, internal energy term, flow work term and entropic term and is applied to five refrigeration cycles, namely, Carnot s reverse cycle, vapor-compression simple cycle, vaporcompression cascade cycle, vapor-compression cycle with intercooling and simple-effect absorption cycle. The cost balances are assessed at the components level and the exergetic unit costs of both internal flows and plant product are obtained. Also, the exergy analysis is done and compared with the difference of fuel (or resource) and product of each physical unit, besides the assessment of the product-resource ratios. The results show that the exergetic unit costs are never less than one and the product-resource ratios are never greater than 100%. Besides, the exergy analysis yields same irreversibility values of the difference of resource and product. Finally, some remarks are done as well as suggestions for future works

Resumo: Neste trabalho é analisada a possibilidade de utilização do gás natural como combustível em indústrias frigoríficas em substituição aos combustíveis tradicionalmente utilizados, como a lenha e o óleo. Os estudos são feitos com base numa planta de um frigorífico bovino bastante representativo do setor, que utiliza equipamentos e combustíveis tradicionais para a produção de vapor para processos e compra energia elétrica de uma concessionária. São consideradas algumas opções para a ampliação da capacidade de produção, incluindo a implantação de plantas de cogeração e trigeração a gás natural que são capazes de produzir simultaneamente eletricidade, vapor para os processos e refrigeração para as câmaras frigoríficas. Para fins de avaliação do desempenho são feitas análises energéticas e exergéticas para cada uma das configurações propostas. Por fim, é realizada uma análise termoeconômica, através da Teoria do Custo Exergético, que possibilita determinar os custos exergéticos e monetários e depois avaliar os reflexos dos custos de investimento de capital e do combustível na composição dos custos dos produtos (energia elétrica, vapor e refrigeração). / Abstract: In this work, the possibility of the use of natural gas as fuel in slaughterhouses, substituting the traditional fuels used (firewood and oil), is analyzed. The studies are based on a plant of a quite representative bovine slaughterhouse, which uses equipment and fuels traditional for production of steam for processes and buys electricity of a dealership. Some options for the enlargement of the production capacity are considered, including the implantation of natural gas cogeneration and trigeneration plants, which are capable to produce, simultaneously, electricity, steam for the processes and cooling for the refrigerating chambers. For effect of performance evaluation, energetic and exergetic analyses for each one of the proposed configurations are performed. Finally, a thermoeconomic analysis is accomplished, by means of the Theory of Exergetic Cost, which makes possible to determine the exergetic and monetary costs and to evaluate the reflexes of the costs of capital investment and of the fuel in the composition of the costs of the products (electric power, steam and cooling). / Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Coorientador: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Emanuel Rocha Woiski / Banca: Sílvio de Oliveira Júnior / Mestre

Orientador: Santiago del Rio Oliveira / Banca: Vicente Luiz Scalon / Banca: Avalone, Elson / Resumo: Desenvolver e projetar plantas de potência otimizadas é uma constante e antiga busca da engenharia de energia. Para tal, os modelos de ciclos foram constantemente aprimorados ao longo do tempo. Através de estudos que procuram incorporar funções que descrevam a realidade mais precisamente, o equacionamento de irreversibilidades presentes nos processos e dispositivos reais de interações de trabalho e calor é vasto na literatura. Uma modelagem matemática foi desenvolvida para um ciclo Brayton irreversível com inter-resfriamento, regeneração e reaquecimento. As irreversibilidades consideradas são provenientes das resistências térmicas nos trocadores de calor do ciclo, do comportamento não isentrópicos dos elementos de expansão e compressão, da perda de calor para o reservatório frio e das perdas de carga nas tubulações ao longo do escoamento do fluido de trabalho. O método de otimização escolhido foi uma função termoeconômica a qual relaciona potência líquida com diversos tipos de custos de uma planta de potência, tais como custos de investimentos, de combustíveis, ambientais e de operação e manutenção. A modelagem matemática consistiu em determinar todas as temperaturas e parâmetros de interesse do ciclo através do conhecimento de apenas uma temperatura, denominada temperatura de controle. A partir de variações nesta temperatura foi possível estabelecer o comportamento dos demais parâmetros do ciclo e relacioná-los com irreversibilidades e parâmetros construtivos. O presente tra... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Developing and designing optimized power plants is a constant and ancient search for energy engineering. For this, cycles models have been constantly improved over time. Through studies that seek to incorporate functions that describe the reality more precisely, the equating of irreversibility present in real processes and devices of work and heat transfer interactions is vast in the literature. A mathematical modeling has been developed for an irreversible Brayton cycle with inter-cooling, regeneration and reheating. The irreversibility considered are due to thermal resistances in the heat exchangers of the cycle, to the non-isentropic behavior of the elements for expansion and compression, to the heat loss to the could reservoir and to the head loss on the pipes along the working fluid flow. The optimization method chosen was a thermoeconomic function that relates the net power to various types of costs of a power plant, such as investment costs, fuel costs, environmental costs and operation and maintenance costs. The mathematical modeling consisted on determining all the cycle temperatures and parameters of interest through the knowledge of only one temperature, called control temperature. From variations in this temperature, it was possible to establish the behavior of the other parameters of the cycle and relate them to irreversibility and constructive parameters. The present work presented a model of Brayton cycle not found in the literature, coupled several sources of ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-30Bitstream added on 2014-12-02T11:21:15Z : No. of bitstreams: 1 000798880.pdf: 1604138 bytes, checksum: 0bac43d696a76f30babea284c17c75c9 (MD5) / A cogeração tem uma grande aceitação no setor sucroalcooleiro, pois o combustível empregado (bagaço ou palha de cana) é um subproduto de fabricação. Tais sistemas geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo industrial. Porém, este tipo de geração de energia no setor encontrase muito aquém de seu potencial. Uma das alternativas tecnológicas que poderá vir a melhorar a oferta de excedentes do setor sucroalcooleiro é o uso de gaseificadores de biomassa associados a ciclos combinados. Este trabalho se baseia em dados reais de uma Usina Sucroalcooleira que utiliza o processo de cogeração com turbina a vapor de condensação com duas extrações. A partir de modificações no processo da usina, foram estudados os benefícios da integração da tecnologia de gaseificação em leito fluidizado associada a ciclo combinado. Para efeito de análise da incorporação desta configuração, construiuse, inicialmente, um modelo energético dos equipamentos que compõem o sistema de cogeração, tendo como variável de decisão a quantidade de biomassa processada pela usina. Posteriormente, realizouse o estudo exergético do sistema. A partir de uma abordagem econômica dos equipamentos, foi possível realizar o estudo exergoeconômico que se baseia no Método da Análise Funcional Termoeconômica desenvolvido por Frangopoulos (1983). Foi possível avaliar a viabilidade desta tecnologia para o setor sucroalcooleiro brasileiro permitindo gerar inovações na cadeia produtiva do etanol e corroborando para o desenvolvimento do setor e para o aumento da oferta de eletricidade no país / The cogeneration has a wide acceptance in the sugarcane industry, because the fuel used (sugarcane bagasse or straw) is a byproduct of the manufacturing process. Such systems generate electrical or mechanical power and steam, which are used in the industrial process itself. However, this type of power generation is far below its potential. One of the technological alternatives which may improve the supply of surplus to the sugarcane sector is the use of biomass gasifiers associated with combined cycles. This work is based on real data from a sugar and alcohol plant that uses the process of cogeneration with condensing steam turbine with two extractions. From the plant process modifications, the benefits of integration of fluidized bed gasification technology associated with combined cycle were studied. For purposes of analysis of the incorporation of this technology, initially built up an energy model of equipment that compose the cogeneration system, having the amount of biomass processed by the plant as a decision variable. Subsequently, we carried out the study of the exergetic system. From an economic approach of the equipment, it was possible to perform the exergeticeconomic study that is based on the Thermoeconomic Functional Analysis Method developed by Frangopoulos (1983). It was possible to assess the viability of this technology for the Brazilian sugarcane sector allowing to generate innovations in the ethanol production chain and supporting the development of the sector and to increase the supply of electricity in the country

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-28Bitstream added on 2014-12-02T11:20:57Z : No. of bitstreams: 1 000801044.pdf: 2058949 bytes, checksum: a2fbd6a1a0679568a16266345bbce966 (MD5) / No presente trabalho foram apresentadas diferentes simulações para a operação de uma planta sucroalcooleira produtora de açúcar, etanol e bioenergia, a qual passou por uma ampliação recente, havendo momentaneamente a necessidade de compra de bagaço para atender aos contratos de venda de energia. Para tanto, foram considerados variações na moagem (de 1.500.000 até 1.800.000 toneladas de cana por safra) e no mix de produção (de 40 a 80 %), mantendo-se a potência gerada em 39,3 MW e 45 MW para cada situação. Além disso, também foi considerada o efeito da variação da taxa condensação na turbina (entre 50 e 70 t/h). Para cada caso são apresentadas análises termodinâmica, termoeconômica e econômica, identificando as vantagens e desvantagens de cada situação, incluindo a verificação da viabilidade e atratividade do empreendimento. Os resultados mostram que a ampliação da termoelétrica geram benefícios tanto para a produção de açúcar e etanol, através do aumento da capacidade de moagem, como, também, proporciona uma possibilidade de ganho na comercialização de energia através do aumento de mais de 82 % na energia exportada / In this work, different simulations for the operation of a sugarcane mill that produces sugar, ethanol and bioenergy, which has undergone a recent expansion requiring purchase of bagasse to meet energy sales contracts, were carried out. For this was taking into account the variations in the milling (from 1,500,000 to 1,800,000 tons of cane by harvest) and in the sugar-alcohol production mix (from 40 to 80 %), keeping the power output of 39.3 MW and 45 MW for each situation. Furthermore, the effect of the variation in the turbine condensation rate (from 50 to 70 t/h) was also considered. For each case, thermodynamic, thermoeconomic and economic analyzes are presented, identifying the advantages and disadvantages of each situation, including the viability and attractiveness of the investment. The results show that the expansion of plant generates benefits both for the production of sugar and ethanol, by increasing the milling capacity, as provides a chance to gain on sale of energy through the increase of over 82 % in the energy exported

Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Celso Eduardo Tuna / Banca: Wendell de Queiróz Lamas / Banca: Ivonete Ávila / Resumo : A cogeração tem uma grande aceitação no setor sucroalcooleiro, pois o combustível empregado (bagaço ou palha de cana) é um subproduto de fabricação. Tais sistemas geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo industrial. Porém, este tipo de geração de energia no setor encontrase muito aquém de seu potencial. Uma das alternativas tecnológicas que poderá vir a melhorar a oferta de excedentes do setor sucroalcooleiro é o uso de gaseificadores de biomassa associados a ciclos combinados. Este trabalho se baseia em dados reais de uma Usina Sucroalcooleira que utiliza o processo de cogeração com turbina a vapor de condensação com duas extrações. A partir de modificações no processo da usina, foram estudados os benefícios da integração da tecnologia de gaseificação em leito fluidizado associada a ciclo combinado. Para efeito de análise da incorporação desta configuração, construiuse, inicialmente, um modelo energético dos equipamentos que compõem o sistema de cogeração, tendo como variável de decisão a quantidade de biomassa processada pela usina. Posteriormente, realizouse o estudo exergético do sistema. A partir de uma abordagem econômica dos equipamentos, foi possível realizar o estudo exergoeconômico que se baseia no Método da Análise Funcional Termoeconômica desenvolvido por Frangopoulos (1983). Foi possível avaliar a viabilidade desta tecnologia para o setor sucroalcooleiro brasileiro permitindo gerar inovações na cadeia produtiva do etanol e corroborando para o desenvolvimento do setor e para o aumento da oferta de eletricidade no país / Abstract: The cogeneration has a wide acceptance in the sugarcane industry, because the fuel used (sugarcane bagasse or straw) is a byproduct of the manufacturing process. Such systems generate electrical or mechanical power and steam, which are used in the industrial process itself. However, this type of power generation is far below its potential. One of the technological alternatives which may improve the supply of surplus to the sugarcane sector is the use of biomass gasifiers associated with combined cycles. This work is based on real data from a sugar and alcohol plant that uses the process of cogeneration with condensing steam turbine with two extractions. From the plant process modifications, the benefits of integration of fluidized bed gasification technology associated with combined cycle were studied. For purposes of analysis of the incorporation of this technology, initially built up an energy model of equipment that compose the cogeneration system, having the amount of biomass processed by the plant as a decision variable. Subsequently, we carried out the study of the exergetic system. From an economic approach of the equipment, it was possible to perform the exergeticeconomic study that is based on the Thermoeconomic Functional Analysis Method developed by Frangopoulos (1983). It was possible to assess the viability of this technology for the Brazilian sugarcane sector allowing to generate innovations in the ethanol production chain and supporting the development of the sector and to increase the supply of electricity in the country / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-30Bitstream added on 2014-06-13T18:48:30Z : No. of bitstreams: 1 takaki_at_me_ilha.pdf: 1453305 bytes, checksum: 0ba83e01600d7f0ddfb6ab048c8af3be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é analisada a possibilidade de utilização do gás natural como combustível em indústrias frigoríficas em substituição aos combustíveis tradicionalmente utilizados, como a lenha e o óleo. Os estudos são feitos com base numa planta de um frigorífico bovino bastante representativo do setor, que utiliza equipamentos e combustíveis tradicionais para a produção de vapor para processos e compra energia elétrica de uma concessionária. São consideradas algumas opções para a ampliação da capacidade de produção, incluindo a implantação de plantas de cogeração e trigeração a gás natural que são capazes de produzir simultaneamente eletricidade, vapor para os processos e refrigeração para as câmaras frigoríficas. Para fins de avaliação do desempenho são feitas análises energéticas e exergéticas para cada uma das configurações propostas. Por fim, é realizada uma análise termoeconômica, através da Teoria do Custo Exergético, que possibilita determinar os custos exergéticos e monetários e depois avaliar os reflexos dos custos de investimento de capital e do combustível na composição dos custos dos produtos (energia elétrica, vapor e refrigeração). / In this work, the possibility of the use of natural gas as fuel in slaughterhouses, substituting the traditional fuels used (firewood and oil), is analyzed. The studies are based on a plant of a quite representative bovine slaughterhouse, which uses equipment and fuels traditional for production of steam for processes and buys electricity of a dealership. Some options for the enlargement of the production capacity are considered, including the implantation of natural gas cogeneration and trigeneration plants, which are capable to produce, simultaneously, electricity, steam for the processes and cooling for the refrigerating chambers. For effect of performance evaluation, energetic and exergetic analyses for each one of the proposed configurations are performed. Finally, a thermoeconomic analysis is accomplished, by means of the Theory of Exergetic Cost, which makes possible to determine the exergetic and monetary costs and to evaluate the reflexes of the costs of capital investment and of the fuel in the composition of the costs of the products (electric power, steam and cooling).

A proposta do método de análise da composição do custo da eletricidade gerada é baseada nos processos de utilização de energia e destruição da exergia contida no combustível através dos diversos processos termodinâmicos que compõe uma usina termelétrica de ciclo combinado. O método utiliza a termoeconomia para valorar e alocar o custo da degradação da exergia ao longo dos processos, considerando os custos referentes aos insumos e equipamentos utilizados. Embora o conceito possa ser aplicado a qualquer tipo de usina termelétrica em ciclo combinado ou cogeração, é desenvolvida neste trabalho a modelagem matemática para o caso de configurações com três níveis de pressão na caldeira de recuperação e condensação total do vapor produzido. É possível estudar qualquer configuração da forma n x 1 (n conjuntos de turbinas a gás e caldeiras de recuperação, com uma turbina a vapor e condensador) com a modelagem apresentada, desde que todos os conjuntos operem de forma idêntica e em regime permanente. A modelagem apresentada neste trabalho foi concebida a partir de um modelo complexo de usina, sobre o qual podem ser feitas variações para adaptá-lo a uma determinada configuração que se deseja estudar. As variação e adaptações incluem, por exemplo, uso de reaquecimento, queima suplementar e operação em cargas parciais, além de análises de sensibilidade quanto a parâmetros geométricos dos equipamentos. São apresentados e estudados do ponto de vista da termoeconomia, os resultados obtidos para uma termelétrica 2x1 em ciclo combinado operando com gás natural. / The proposal of the method for analyzing the composition of the electricity cost is based on the energy conversion processes and destruction of the exergy contained in the fuel through the several thermodynamic processes that comprise a combined cycle power plant. The method uses thermoeconomics to evaluate and allocate the cost of exergy degradation throughout the processes, considering the costs related to the used inputs and equipment. Although the concept may be applied to any combined cycle power plant or cogeneration one, this work develops only the mathematical modeling for three-pressure heat recovery steam generator configurations and total condensation of the produced steam. It is possible to study any n x 1 plant configuration (n trains of gas turbine and heat recovery steam generators associated to one steam turbine generator and condenser) with the presented model, since every train operates identically and in steady state. The presented model was conceived from a complex configuration of power plant, over which variations may be applied in order to adapt it to a defined configuration under study. The variations and adaptations include, for instance, use of reheat, supplementary firing and partial load operation, besides sensibility analysis of geometrical equipment parameters. The results obtained for a 2x1-combined cycle power plant using natural gas are presented and analyzed from the thermoeconomic point of view.