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

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

[pt] A disposição final de resíduos sólidos urbanos, em aterros ou lixões, é um problema das grandes cidades. A utilização do lixo urbano em processos de tratamento térmico com recuperação energética vem ao encontro da busca de fontes alternativas, preferencialmente as renováveis, para a geração de energia. Assim, usinas de incineração com reaproveitamento de energia vêm sendo apresentadas como uma solução tanto para o destino do lixo quanto para a diversificação da matriz energética. Além disso, a prática da incineração proporciona máxima redução da massa e volume e inertização do lixo, estando o aproveitamento energético de resíduos (Waste-to-Energy) dentre as alternativas mais coerentes para a gestão de resíduos sólidos municipais. No Brasil, práticas como esta ainda são incipientes, porém apresentam grande potencial de estudo para aplicações nos centros urbanos em um futuro próximo. O presente trabalho apresenta uma proposta de uma usina lixo-energia, aplicável ao município do Rio de Janeiro, baseada na planta de Zabalgarbi/Bilbao (Espanha), que funciona em ciclo combinado a gás natural e incinera resíduos, aproveitando seu conteúdo energético para produzir eletricidade. Uma análise energética e exergética é realizada juntamente com uma estimativa do custo de geração de eletricidade, influenciada por um indicador de ecoeficiência que leva em consideração as emissões atmosféricas. Como conclusão, mostra-se a capacidade do sistema proposto em destinar os resíduos sólidos urbanos e atender a demanda elétrica do município do Rio de Janeiro/Brasil a um custo competitivo. / [en] The final disposal of municipal solid waste in landfills or dumps is a regular problem to the big cities. The use of municipal waste in processes of thermal treatment with energy recovery meets the search for alternative and renewable sources of energy production. Thus, energy recovery incineration facilities are being presented as a solution to both the waste disposal problem and the growing energy demand in the cities. Additionally, incineration provides the maximum reduction of mass, volume and dangerousness of the waste and the waste-to-energy practice stands out among the most coherent alternatives for municipal solid waste management in the world. In Brazil, however, it is still incipient and therefore presents a great potential for feasibility and application studies in the urban centers. This work presents a proposal of a waste-to-energy facility that could operate in the city of Rio de Janeiro (Brazil), based on the Zabalgarbi/Bilbao (Spain) plant, which operates in combined cycle fueled by natural gas and urban solid waste and generates electrical power. It is performed an energetic and exergetic analysis along with a cost estimate influenced by an eco-efficiency indicator that takes into account the air pollution emissions. The conclusion shows the capacity of the proposed facility to treat the municipal solid waste of Rio de Janeiro (Brazil) and supply its electricity demand with a competitive cost.

[pt] O presente trabalho teve como objetivo a elaboração de um modelo para simulação dos custos de implantação e operação de um sistema de cogeração operando em paralelo com um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica e com a rede de energia elétrica da concessionária distribuidora com base nos consumos médios horários mensais de energia elétrica e térmica para condicionamento de ar. O modelo contém um pequeno banco de dados com as especificações técnicas dos principais componentes do sistema para seu dimensionamento e para a realização dos cálculos energéticos em função das demandas médias horárias mensais do consumidor com o objetivo de determinar os custos de operação médios horários mensais do sistema e, consequentemente, dos custos de operação médios anuais. Simulou-se o caso hipotético de um shopping center na cidade do Rio de Janeiro com área total construída de 75.000 metros quadrados divididos em 03 andares, estimando sua curva de demanda de energia elétrica e de energia térmica para condicionamento do ar. Os resultados da simulação mostram que o sistema simulado apresenta viabilidade econômica pela economia gerada com a redução dos custos em diversos cenários simulados, fornecendo subsídios técnicos e econômicos para a tomada de decisão do consumidor para a realização do investimento no sistema de cogeração e de energia fotovoltaica em paralelo com a rede de energia elétrica como autoprodutor. / [en] This work aimed at the development of a simulation model of performance and costs of a cogeneration system working in parallel of a photovoltaic generation plant and the energy grid based on average monthly hourly demand profiles of electric energy and cooling energy as chilled water. The model contains a small database with the technical specifications of the major system components for your design and to do the energy calculations based on the average monthly hourly demand profiles in order to determine the hourly average operating costs of the system and the average annual operating costs. A hypothetical case of a shopping mall situated in the city of Rio de Janeiro with 75,000 square meters as total built área was simulated and its average hourly demand profile of electricity and termal energy as chilled water was estimated. The results showed that the savings generated by the reduction of costs of the simulated system is economically feasible for various simulated scenarios.The model results provide grants for technical and economic decision of the consumer to make investment in cogeneration cogeneration system and photovoltaic plants operating in parallel of the energy grid as self producer.