Com o constante desenvolvimento das áreas urbanas e aumento do consumo energético destinado a conforto térmico, um estudo foi realizado para formulação de uma metodologia de análise termoeconômica de sistemas distritais de resfriamento. O objetivo principal é descrever uma metodologia referente à implantação de sistemas distritais no Brasil, por sua vez, o objetivo secundário é aplicar a metodologia no estado de São Paulo, analisando as premissas utilizadas na metodologia. Primeiramente, apresentou-se uma visão geral e revisão de literatura dos sistemas de aquecimento e resfriamento distrital, indicando suas vantagens e desvantagens, bem como as diversas aplicações e desafios para sua implantação. Aplicações no cenário mundial foram expostas e analisadas, demonstrando que sua utilização em diversos países se estende por décadas. As principais vantagens observadas nas aplicações existentes estão relacionadas a maior eficiência energética e exergética global, redução das emissões de gases poluentes e confiabilidade do sistema. Por fim, a metodologia aplicada está apresentada em cinco etapas, de forma ordenada, baseando-se nas etapas de um projeto de sistemas distritais. Seu resultado é baseado em rotinas, simulações de processos e procedimentos de otimização, bem como aplicação de indicadores energéticos. Ao final das etapas e seu desenvolvimento matemático obtém-se um estudo preliminar de viabilidade da implantação de um sistema distrital. O estudo de caso apresentado aplica a metodologia para a cidade de São Paulo buscando descrever com detalhamento as premissas e etapas descritas. / The constant development of urban areas and increased energy consumption for thermal comfort encourage studies that formulate a methodology for thermoeconomic analysis of district cooling systems. The main objective is to describe a thermoeconomic methodology related to the implementation of district systems in Brazil. The secondary objective is to apply the methodology in the state of São Paulo, analyzing the premises used in the methodology. At first, an overview and literature review of district heating and cooling systems was presented, indicating their advantages and disadvantages, just as the various applications and challenges for their implementation. Applications on the world stage have been introduced and analyzed, demonstrating that their use in several countries extends for decades. The main advantages observed in the existing applications are related to global energy and exergy efficiency, reduction in greenhouse gases and reliability of the systems. Finally, the applied methodology is presented in five steps in an orderly manner based on the steps of a district system project. Its result is based on routines, process simulations and optimization procedures, as well as application of energy indicators. At the end of the steps and their mathematical development a preliminary study of the feasibility of the implantation of a district system is obtained. The present case study applies the methodology for the city of São Paulo and describe in detail the premises and steps.

Submitted by JOSÉ RAMON COPA REY null (jcoparey@gmail.com) on 2018-09-14T03:34:23Z No. of bitstreams: 1 Tesis José R. Copa Rey.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-14T12:35:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 coparey_jr_dr_guara.pdf: 5579664 bytes, checksum: 29f9e65ff72c472b08614891d5361d0e (MD5) Previous issue date: 2018-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O bagaço e a palha são resíduos do processamento industrial da cana-de-açúcar que constituem uma importante fonte de recurso para cogeração de energia no setor sucroalcooleiro. Os sistemas de cogeração neste setor geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo e o excedente é vendido as concessionárias de energia. Porém, estes sistemas encontram-se bem abaixo do potencial real. Uma alternativa tecnológica que poderá contribuir com a oferta de excedentes de energia elétrica é a introdução da tecnologia BIG-GT (gaseificadores de biomassa associados a turbina a gás e caldeira de recuperação). O presente trabalho, tem como objetivo o estudo termoeconômico da incorporação desta tecnologia em usinas sucroalcooleiras como alternativa para o aumento de geração de eletricidade. As análises energéticas e exergéticas foram realizadas para quatro possíveis configurações de uma usina sucroalcooleira com a integração da tecnologia BIG-GT com o objetivo de avaliar a eficiência de geração de eletricidade e vapor de processo, bem como o aproveitamento global de energia de cada uma delas. Na análise termoeconômica, é determinado o custo de produção de gás de gaseificação, eletricidade e vapor do processo no sistema proposto, assim como, tempo de recuperação do investimento. Na parte final do trabalho foi realizada a otimização multiobjetiva do sistema considerando três funções objetivo: tecnológica, econômica e ambiental, para identificar a configuração com melhor comportamento. De acordo com os resultados obtidos no estudo conclui-se que o caso III que estuda a gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado e mistura de oxigênio-vapor de gaseificação e o caso IV que além da gaseificação em leito fluidizado circulante pressurizado com mistura de oxigênio-vapor estuda a queima suplementar de palha na caldeira de recuperação, apresentam-se como as melhores das opções propostas. / Bagasse and straw are residues from the industrial processing of sugarcane that constitute an important source for cogeneration of energy in the sugar-alcohol sector. The cogeneration systems in this sector generate mechanical or electrical power and steam, which are used in the process itself and the surplus is sold to energy distribution companies. However, these systems are well below real potential. One of the technological alternatives that may improve the supply of surplus electricity is the introduction of BIG-GT technology (biomass gasifier associated with gas turbine and Heat recovery steam generator). In this work, it is proposed to conduct thermoeconomic studies of the incorporation of this technology in the sugarcane ethanol plants as an alternative to increasing the supply of electricity generation. The energetic and exergetic analyses were performed for four possible configurations of a sugarcane ethanol plant with the integration of BIG-GT technology with the objective of evaluating the efficiency of electricity generation and process steam as well as the global energy utilization of each one of them. In the thermoeconomic analysis, it is determined the cost of production of producer gas, electricity and steam of the process in the proposed system, as well as the investment payback period. In the final part of the work, it is developed the multiobjective optimization of the system considering three objective functions: technological, thermoeconomic and environmental, for identifying the configuration with better behavior. According to the results obtained in the study, it is concluded that case III and case IV are presented as the best of the proposed options. / 1450304

Alinhado à constante busca por melhor desempenho ambiental por parte da indústria com a aplicação dos conceitos de eficiência energética, proporcionando maior competitividade devido à otimização de recursos, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar os possíveis impactos ambientais positivos, somados aos ganhos econômicos produzidos pela redução de despesas com energia, por meio da aplicação do aquecimento solar de água como alternativa para a redução do consumo de gás natural em uma planta industrial do setor químico, onde as operações de transformação de matérias primas em produtos aptos para o posterior acondicionamento em frascos são realizadas em reatores químicos, tendo essa transformação grande dependência do controle da variável temperatura. Assim sendo, a proposta do presente trabalho consiste basicamente em pré-aquecer a água de reposição do sistema responsável por manter os diversos reatores de fabricação de uma unidade industrial de produtos de higiene pessoal sob temperatura controlada, interferindo positivamente na matriz energética empregada por essa indústria. Utilizando-se no desenvolvimento deste trabalho modelos termoeconômicos e protocolos para quantificação de gases de efeito estufa reconhecidos pelo IPCC (International Panel on Climate Change), demonstra-se a evolução de desempenho ambiental obtida pela aplicação do pré-aquecimento da água, possibilitando a redução do consumo de combustíveis fósseis, nesse caso o gás natural, em cerca de 60.000 m3/ano e, conseqüentemente, reduzindo a emissão atmosférica de um dos gases responsáveis pela intensificação do efeito estufa, o dióxido de carbono, em cerca de 150 tCO2e/ano, representando ainda uma redução anual no consumo de energia de aproximadamente 700.000 kWh. Além da evolução no desempenho ambiental do sistema de geração de calor, estima-se que o investimento seja recuperado entre três e cinco anos. / In line with the constant search for better environmental performance on the part of industries with the application of energetic efficiency concept, affording greater competition due to the resource optimization, this work has as its aim to evaluate the possible environmental impacts, adding the economic gains produced by the expense reduction with energy by the application of solar water heating as an alternative for the reduction of natural gas consumption in a chemical industrial plant, where the operations to transform raw materials into suitable products for filling and packing assembly line are carried out in chemical reactors, having this mentioned transformation a great dependency on the temperature control. Hence, the basic proposal of this work is pre-heating the make-up water from the installation responsible for keeping under controlled temperature the several mixing reactors of an industrial plant for personal hygiene products, thus positively interfering in the energetic source used by such industry. Applying thermoeconomic models and protocols for quantifications of greenhouse effect gases recognized by IPCC (International Panel on Climate Change) on the development of this work, the environmental performance evolution is demonstrated by the advantage of water preheating application, which makes it possible the reduction of fossil fuels consumption, represented by natural gas in this case, at about 60,000 cubic meters per year, thus reducing the atmospheric emission of one of the most gases which are responsible for the greenhouse effect intensification, the carbon dioxide, at about 150 tCO2e per year, additionally representing an annual energy reduction of approximately 700,000 kWh. In addition to the environmental performance evolution on the heating generation system, its estimated that the investment might be recovered within a three and five year period.

Ce travail de thèse concerne l’étude de la faisabilité des cycles organiques sous-critiques et supercritiques de Rankine pour la valorisation de rejets thermiques industriels à basse température. Dans un premier temps, un état de l’art des cycles ORC (acronyme anglais pour Organic Rankine Cycle) et leurs fluides de travail a été réalisé. Nous avons réalisé une comparaison préliminaire de plusieurs configurations à partir de la littérature scientifique. Dans un second temps, les méthodes d’analyse énergétique et exergétique ont été appliquées pour évaluer et optimiser les performances des cycles ORC. En effet, la seule méthode d’analyse énergétique n’est pas suffisante pour juger de la bonne utilisation du potentiel énergétique de la source de chaleur disponible correspondant à un rejet industrielle de chaleur (chaleur fatale). L’analyse exergétique, intervient en complément de l’analyse énergétique du système, afin de permettre de localiser les pertes des ressources énergétiques dans les différentes composantes du système et de déterminer leurs importances relatives et leurs causes. Une optimisation thermo-économique des installations de valorisation de rejets thermiques utilisant un cycle sous-critique ou supercritique de Rankine a été effectuée. Nos résultats montrent que la valorisation de rejets thermiques industriels à basse température (ex. source thermique de 150 °C) en utilisant un cycle ORC sous-critique est plus intéressante sur le plan énergétique que celle opérée en utilisant un cycle supercritique de Rankine. / This thesis concerns the feasibility study of subcritical and supercritical organic Rankine cycles for industrial waste heat recovery at relatively low temperature. Initially, a state of the art of ORCs (Organic Rankine Cycles) and their working fluids has been achieved. We conducted a preliminary comparison of several configurations from the scientific literature. In a second step, methods of energy and exergy analysis were applied to evaluate and optimize the performance of the ORCs. Indeed, sole energy analysis is not enough to access the proper use of the energy potential of the available heat source that corresponds to an industrial waste heat. Exergy analysis, in a complementary way to the energy analysis, enables us to locate the energy resources losses in the various components of the system and to determine their true magnitude and their causes. A thermo-economic optimization of waste heat recovery systems using a subcritical or supercritical Rankine cycle has been performed. According to the results, the industrial waste heat recovery at low temperature (e.g. heat source 150 ° C) using a subcritical ORC is more interesting on economic point of view than the system using a supercritical Rankine cycle