Dissertations / Theses on the topic 'Trigeração'

A energia é o maior contribuinte para os custos de operação de uma indústria, portanto, estudos para melhoria da eficiência dos sistemas que utilizam alguma fonte de energia são indispensáveis. O presente trabalho tem por objetivo a obtenção de configurações ótimas para satisfazer demandas de eletricidade e cargas térmicas de aquecimento e refrigeração a partir de uma fonte primaria de energia, avaliando o impacto dessas nos custos de produção de eletricidade, vapor e água gelada. Estes tipos de sistemas são conhecidos como sistemas de trigeração. A avaliação de desempenho dos sistemas de trigeração é conduzida através da aplicação da análise exergética e exergoeconômica das alternativas propostas para a determinação do rendimento exergético e custos em base exergética de produção de utilidades desse tipo de sistema. Após apresentar uma breve discussão sobre o uso eficiente e racional de energias primárias e mostrar um panorama da situação para a aplicação de sistemas de trigeração para satisfazer demandas energéticas na indústria e o setor terciário, são descritas diferentes tecnologias envolvidas neste tipo de sistemas e algumas configurações propostas por vários pesquisadores nos anos recentes. O trabalho mostra o impacto das tecnologias de trigeração nos custos em base exergética dos produtos: eletricidade, vapor para processo e água gelada. Sistemas de refrigeração por absorção de efeito simples, duplo efeito e o sistema híbrido de absorção/ejeto compressão são analisados, como parte do estudo dos sistemas de trigeração. Diversos sistemas de trigeração, incluindo o sistema tetra-combinado, são comparados satisfazendo demandas energéticas para três aplicações diferentes: indústria de laticínios, hospital e indústria de bebidas. As configurações em estudo são otimizadas usando o método de algoritmo genético. Os resultados mostram que o sistema de refrigeração híbrido de absorção/ejeto compressão é uma boa alternativa para a produção da água gelada porque o coeficiente de desempenho (COP) e a eficiência exergética são maiores do que no sistema de refrigeração por absorção de efeito simples. Observando o impacto na formação dos custos de conversão de energia para os sistemas de trigeração propostos, os sistemas que utilizam unidade de refrigeração por absorção de duplo efeito são os que apresentam menor impacto. O sistema tetra-combinado apresenta um menor impacto quanto comparado com o ciclo combinado com unidade de refrigeração por absorção de simples efeito. O consumo de combustível e a destruição de exergia dos diferentes sistemas são refletidos nos custos em base exergética dos diferentes produtos. A otimização com algoritmos genéticos mostrou ganhos importantes nos custos em base exergética dos produtos, mediante a maximização da eficiência exergética dos diferentes sistemas de trigeração. O método dos algoritmos genéticos mostra-se como um método robusto para a otimização de sistemas de conversão de energia, mesmo que exija um grande esforço computacional.
Energy is the largest contributor to operating costs of any industry; therefore, studies for improving systems efficiency that use some energy source are essential. This work aims to obtain optimal configurations in order to satisfy required demands for electricity and thermal loads for heating and cooling from a primary source of energy, evaluating the impact of the electricity, steam and chilled water production costs. These types of systems are known as trigeneration systems. The performance evaluation of trigeneration systems is carried out by the application of exergy and exergoeconomic analysis of the proposed alternatives in order to determine exergy efficiency and exergy based costs on production of this type of system utilities. After presenting a brief discussion about efficient and rational use of primary energies and an overview of situation for trigeneration systems application, various technologies involved in this type of systems and some configurations proposed by several authors are described. This research shows the impact of trigeneration technologies in exergy-based costs of products: electricity, steam process and chilled water. Absorption refrigeration systems of simple effect, double effect and the hybrid absorption/ejecto compression are analyzed, as part of the trigeneration systems study. Several trigeneration systems, including the tetra-combined system, are compared with each other, satisfying energetic demands for three different applications: a dairy industry, a hospital and a drinks industry. The configurations in study are optimized using the Genetic Algorithm method. The results show that the hybrid absorption/ejecto compression refrigeration system is a good alternative for chilled water production due to that the coefficient of performance (COP) and the exergetic efficiency are higher than simple effect absorption refrigeration system. Observing the impact in the formation of the energy conversion costs for trigeneration systems proposed, the systems that use a double effect absorption refrigeration system presents the less impact. When tetra-combined system is compared with the system using a simple effect absorption refrigeration system, the results show a reduction in the impact of costs formation. The fuel consumption and exergy destruction of the different systems is reflected in the exergy based costs of the different products. The optimization with genetic algorithms shown important profits in the exergy based costs of products, by means of the exergetic efficiency maximization of the different trigeneration systems. The genetic algorithm method is a robust method for energy conversion systems optimization, even that it demands a great computational effort.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9330_Claudio Vill Lovati.pdf: 2829948 bytes, checksum: b192881a620455c211fc1e5eae182534 (MD5) Previous issue date: 2015-10-01
Este trabalho visa apresentar e discutir os procedimentos e resultados da otimização das estratégias operacionais de um sistema de trigeração de um centro de pesquisa para atender a demanda horosazonal de eletricidade, vapor e água gelada de modo que, minimize o custo de operação da planta. Nos dias atuais cada vez mais os sistemas térmicos estão mais complexos. Com isso, busca-se o melhor aproveitamento, com o objetivo de ter uma melhor produção e minimização dos custos produtivos. O centro de pesquisa em questão é composto de um sistema de cogeração que produz eletricidade e também calor (na forma de vapor e água quente) para acionar dois chillers por absorção (um a vapor e outro a água quente). Este centro ainda conta com outros grupos geradores e chillers complementares. Além destes equipamentos também tem a opção de usar uma demanda elétrica adicional contratada com a concessionária. O principal objetivo da otimização é determinar como operar o sistema de trigeração do centro e quando ou como usar a demanda contratada. Para se chegar a este resultado, todos os dados dos equipamentos e custos da central, e também os dados da demanda do centro, foram levantados e o modelo matemático foi desenvolvido. Nessa visão de otimização existe muitos métodos que podem ser empregados. Neste trabalho é usada a otimização matemática através do método do gradiente reduzido generalizado (GRG), com o auxílio do Solver no Microssoft Excel. Os resultados mostram que o método de otimização é muito eficaz dando resultados favoráveis a sua utilização.

Mestrado em Energia
O presente relatório descreve a actividade profissional desenvolvida desde o período subsequente ao término da licenciatura em Engenharia Mecânica (opção de Fluidos e Calor) pela Faculdade de Engenharia do Porto e visa o reconhecimento das competências adquiridas nas diversas funções desempenhadas. Em Fevereiro de 2003, iniciei a minha actividade profissional no departamento de Energia e Infraestruturas da Continental Mabor, uma multinacional alemã líder no fabrico de pneus. Na Continental exerci atividade na área da eficiência energética, na preparação dos planos de racionalização energética, na auditoria energética. No período entre 2004 e 2009 exerci funções na empresa Dalkia Energia e Serviços, uma multinacional francesa que actua no mercado dos serviços de energia. Na Dalkia exerci actividade na área da co-geração. Elaborei estudos e projectos, preparei cadernos de encargos, participei na consulta de mercado, na fiscalização de obra, na supervisão da operação e manutenção das instalações em exploração. Desde 2009 até aõ presente, exerço funções na empresa General Electric, no negócio "Power Generation Services, que actua na prestação de serviços de Operação e Manutenção de Turbinas e Ciclos Combinados. Na GE sou responsável pelas actividades de manutenção em turbogeradores GE instalados na industria petroquímica em Portugal. São parte integrante das minhas responsabilidades a gestão técnica, financeira e contratual dos "LTSA- Long Term Service Agreements"

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).

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: José Vicente Hallak D'Angelo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-20T08:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_LucasdoNascimento_M.pdf: 3266685 bytes, checksum: bcb117406f32b82280c5345bd6aed670 (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: No presente trabalho foi analisado um sistema de trigeração, produção simultânea de trabalho, calor e frio partindo de uma única fonte de energia, visando uma maior eficiência energética do sistema, por meio de um estudo mostrando a influência de algumas variáveis operacionais do processo na distribuição das utilidades geradas e na eficiência global do sistema. São analisadas as influências da razão de compressão do compressor, da eficiência da turbina, quantidade de ar em excesso no sistema e capacidade de processamento de água para produção de vapor, sobre as eficiências do sistema (eficiência do ciclo de potência, eficiência global do sistema e coeficiente de desempenho do ciclo de refrigeração por absorção), vazão de vapor produzido na caldeira e temperatura de descarga dos gases na atmosfera. De acordo com a análise de sensibilidade, a maior e a menor eficiência global da trigeração foram obtidas com 0% de ar em excesso e turbina com 70% de eficiência, sendo os valores encontrados iguais a 85% e 66%, respectivamente. O ciclo de refrigeração por absorção apresentou um aumento do coeficiente de desempenho igual a 26,7%. Os resultados obtidos mostram que as maiores perdas energéticas no processo decorrem de um menor aproveitamento do trabalho útil produzido na turbina, as quais podem ser compensadas com o aumento da produção de vapor pela caldeira. Com o trabalho proposto é possível entender melhor as relações de dependência entre os equipamentos do sistema e a capacidade de produção das utilidades. Tal entendimento é fundamental para que se possam estabelecer condições ótimas de operação do sistema, direcionar melhor os parâmetros utilizados para atender às necessidades do processo e com isso ser evitado o desperdício de capital (economizando combustível e aumentando a eficiência energética do processo) e reduzindo também o impacto ao meio ambiente
Abstract: In this work a trigeneration system, simultaneous production of power, heat and cooling using only one energy source, was analyzed, aiming at a better energetic efficiency of the system, showing the influence of some operating variables of the process on the utilities generated and the efficiency of the overall system. In this study the influence of the compression ratio of the compressor, turbine efficiency, amount of excess air in the system and capacity of steam generation on the efficiencies of the system (power cycle efficiency, overall system efficiency and coefficient of performance of absorption cycle), steam flow and temperature of the last exhaust stream are analyzed. According to sensibility analysis, the highest and lowest overall efficiency of the trigeneration were obtained with 50% of excess air and 70% turbine adiabatic efficiency, and the values found were equal to 81% and 70%, respectively. The absorption refrigeration cycle has showed an increase in the coefficient of performance equal to 26.7%. The results obtained has shown that the greatest energy losses in the process are due to a lower production of useful work produced in the turbine. These losses may be compensated by an increase in the vapor production rate in the boiler. With this work a better understanding of the dependence relationship between the equipment of the trigeneration system and the production capacity of utilities was achieved. This understanding is fundamental because it can provide optimum operation conditions of the system, better operational parameters used to reach the needs of the process and thereby avoid the waste of capital (saving fuel and increasing the energy efficiency of the process), also reducing the impact on the environment
Mestrado
Sistemas de Processos Quimicos e Informatica
Mestre em Engenharia Química

Em alguns países, em que as temperaturas durante os meses de Verão são bastante elevadas, são necessários sistemas de climatização nas estufas agrícolas para que a produção de determinadas culturas não seja prejudicada. Com o aquecimento global, as temperaturas estão subir ano após ano e em determinados países a utilização de sistemas de ventilação forçada para o arrefecimento das estufas torna-se insuficiente. A elaboração desta dissertação surgiu com a necessidade de implementar um sistema de arrefecimento de estufas agrícolas alternativo que consiga alcançar as temperaturas ideais de desenvolvimento das culturas e que resulte em benefícios ambientais. Assim, esta dissertação pretende realizar a simulação energética e o estudo de viabilidade da implementação de um sistema de trigeração, constituído por um sistema de microcogeração a funcionar em conjunto com um chiller de absorção, acrescido de uma bomba de calor a funcionar como complemento. Foram realizadas várias simulações energéticas através do software EnergyPlus, que permitiram fazer uma análise pormenorizada do efeito da radiação solar na estufa e das necessidades de arrefecimento. Permitiu também dimensionar o sistema de trigeração necessário e a comparação deste com um sistema constituído apenas por uma bomba de calor. No final foi realizada a respectiva confrontação de resultados entre ambos os sistemas de forma a determinar a viabilidade da implementação do sistema de trigeração numa estufa.
In several countries, where temperatures during summer are quite high, air-conditioning systems are needed in greenhouses for the production of certain crops. With global warming, temperatures are rising year after year and the use of forced ventilation systems for cooling greenhouses became insufficient in some countries. This thesis arose from the need to implement an alternative system for cooling greenhouses capable of reaching the ideal temperatures for crop growth and resulting in environmental benefits. Thus, it is intend to perform energy simulations and the feasibility study of a trigeneration system implementation, consisting of a micro-CHP operating together with an absorption chiller and a heat pump working as a complement. Several energy simulations were performed using the software EnergyPlus, which allows a thorough analysis of the effect of solar radiation in greenhouses and its cooling needs. It also allowed to scale the trigeneration system and compare it with a system consisting of a heat pump. Finally the results of the two systems were compared in order to determine the feasibility of the trigeneration system in a greenhouse.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-09-25T13:55:05Z No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-10-01T18:11:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5)
Made available in DSpace on 2018-10-01T18:11:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5) Previous issue date: 2018-08-29
O mundo está tentando mudar para um ambiente de energia mais limpa, especialmente no setor de geração de eletricidade, que é responsável por uma grande parcela das emissões de CO2. No Brasil, fontes renováveis são responsáveis por grande parte da geração de eletricidade, mas mudanças atuais no clima brasileiro trouxeram uma necessidade de diversificação na matriz energética. Logo, a geração distribuída é uma boa maneira de diversificar a matriz energética brasileira. Considerando que os sistemas de cogeração se enquadram na geração distribuída, e que os prédios brasileiros necessitam de resfriamento, devido ao clima quente, o uso de cogeração adicionado à um chiler de absorção ou absorção pode ser muito útil. O sistema de trigeração é um processo altamente eficiente, que pode produzir eletricidade, aquecimento e resfriamento a partir da mesma fonte de energia primária. No entanto, existem poucas pesquisas sobre os sistemas de trigeração no Brasil, especialmente em pequena e micro escala. Assim, esta dissertação fará uma avaliação técnica e econômica de sistemas de micro e trigeração para diferentes edifícios sob políticas tarifárias distintas no Brasil. Para tanto, este trabalho otimizará o dimensionamento e o cronograma de despacho mensal dos sistemas de trigeração para cada um dos quatro estudos de caso. Em seguida, avaliará o valor presente líquido máximo (VPL) considerando a variação da taxa de desconto e da taxa de conversão do dólar norte-americano. Na sequência, o índice de dependência da rede (GDI), o payback descontado, o custo nivelado da energia (LCOE) e a razão da energia primária (PER) para os melhores VPLs serão apresentados e analisados. Como resultado, esta dissertação mostrará que as plantas de trigeração podem ser lucrativas e certamente ser uma maneira eficiente de utilização de uma geração distribuída confiável e controlável. Além disso, provará que é possível encontrar situações em que a planta de trigeração possa oferecer uma alta taxa de energia primária (PER), um adequado custo de energia nivelado (LCOE) e, ao mesmo tempo, pode proporcionar economia financeira com tempo de retorno razoável em edifícios brasileiros.
The world is trying to move to a cleaner energy environment, especially on the electricity generation sector, which is responsible for a large share of CO2 emissions. In Brazil,crenewable energy sources are responsible for a great part of the electricity generation, but current changes in the Brazilian climate brought a necessity of diversification on the energy matrix. Then, distributed generation is a good way to diversify the Brazilian power matrix. Considering that cogeneration systems are distributed generation, and Brazilian buildings have need of cooling, due to the warm weather, the use of cogeneration equipped with an absorption or adsorption chiller could be beneficial. The trigeneration system is a highly efficient process, which can produce electricity, heating and cooling from the same primary energy source. However, there are really few researches concerning trigeneration systems in Brazil, especially on small and micro plants. Thus, this thesis will make and provide a technical and economical evaluation of small and micro trigeneration systems to different buildings under distinct tariff policies in Brazil. To do so, this work will optimize the sizing and monthly schedule the dispatch of the trigeneration systems to each one of the four study cases. Then, it will evaluate the maximum net present value (NPV) considering the variation of discount rate and US Dollar conversion rate. In the sequence, the grid dependence index (GDI), the discounted payback, the levelized cost of energy (LCOE) and the primary energy ratio (PER) to the best NPVs will be presented and analysed. As a result, this thesis will show that trigeneration plants can be profitable and can be certainly an efficient way to adopt a reliable and controllable distributed generation. Also, it will prove that it is possible to find situations in which the trigeneration plant can offer a high primary energy ratio, a fair levelized cost of energy, and in the meantime, it can provide financial savings with fair payback time in Brazilian buildings.

Esta dissertação analisa a viabilidade técnico-econômica de pequenas centrais de cogeração a gás natural no setor terciário do estado de São Paulo, os estudos de cogeração foram baseados em casos reais de estabelecimentos comerciais dos principais segmentos do setor terciário com demanda elétrica e térmica compatível ao balanço energético para a configuração de cogeração. A análise dos resultados inclui o fator de utilização de energia (FUE), investimentos iniciais, economia operacional (fluxo de caixa), retorno dos investimentos (Payback), taxa interna de retorno (TIR) e valor presente líquido (VPL). As tecnologias empregadas nos estudos foram gerador do tipo Motor a Combustão Interna (MCI) e Microturbina (TG), resfriador de líquido por absorção (ABS) e resfriador de líquido elétrico convencional. Foi realizada análise do potencial de mercado para aplicação de cogeração através do mapeamento dos principais segmentos do setor terciário e realizado o levantamento do estado da arte. Foram estudadas as legislações brasileiras tanto no que se refere à cogeração qualificada como geração distribuída, realizado análise de emissões com destaque ao comparativo entre emissão de CO2 das centrais de cogeração e a emissão de CO2 das termelétricas a gás natural. Foi realizado estudo do cenário energético brasileiro do ponto de vista geração e distribuição de energia elétrica, cenário da oferta de gás natural no Brasil e a sua estrutura de distribuição no estado de São Paulo e, por fim, foram destacados os benefícios e barreiras da cogeração no Brasil. Os resultados alcançados apontam para um revés na viabilidade financeira da cogeração devido aos consecutivos aumentos no preço da tarifa de gás natural, apesar de bastante racional e com benefícios diretos ao meio ambiente e ao país, fazem-se necessários incentivos específicos relacionados à tarifa do gás natural para o crescimento da aplicação de cogeração no setor terciário do estado de São Paulo.
This dissertation examines the technical and economic feasibility of small cogeneration plants powered by natural gas in the tertiary sector of the state of São Paulo. Cogeneration studies were based on real cases of commercial facilities of the main segments of the tertiary sector with electrical and thermal demands compatible for energy usage in cogeneration configuration. The analysis results include energy utilization factor (EUF), initial investments, operational savings (cash flow), return on investment (payback), internal rate of return (IRR) and net present value (NPV). The technologies investigated in the study were Internal Combustion Engine (ICE) and Microturbine (TG) generator, absorption chiller (ABS) and conventional electrical chiller. It was carried out an analysis of the potential market for application of cogeneration by mapping the main segments of the tertiary sector and conducted a survey of the state of the art. Brazilian laws were studied both with regard to qualified cogeneration and distributed generation, performed emissions analysis with emphasis on the comparative between CO2 emission from cogeneration plant and CO2 emission from power plants by natural gas. It was made a study of Brazilian energy scenario from the viewpoint of generating and distributing of electricity, scenario of supply of natural gas in Brazil and its distribution structure in the São Paulo state and, finally, it was appointed the benefits and barriers of cogeneration in Brazil. The results indicate a setback on the financial viability of cogeneration due to consecutive increases in the price of natural gas, although quite rational and with direct benefits to the environment and the country, it\'s necessary specific incentives related to the natural gas price for the growth of the application of cogeneration in the tertiary sector of the state of São Paulo.

Esta dissertação incide sobre as tecnologias de cogeração e trigeração, o correspondente enquadramento jurídico, e aplicações à indústria. É hoje possível através de diversas tecnologias de cogeração e trigeração obter melhorias na eficiência energética. As transformações no sector energético apontam para novos investimentos em sistemas de cogeração e trigeração, originando assim novos agentes de capital privado. Um caso de estudo, baseado na Indústria de Serração de Madeira e Mobiliário, é apresentado nesta dissertação.
This dissertation focuses on the technologies of cogeneration and trigeneration, the corresponding legal framework, and applications for industry. It is now possible through various technologies of cogeneration and trigeneration to achieve improvements in energy efficiency. The changes in the energy sector point to new investments in cogeneration and trigeneration systems, therefore creating new agents of private capital. A case study, based on the Wood and Furniture Industry, is presented in this dissertation.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
Os sistemas de produção combinada de energia (Cogeração e trigeração) desempenham um papel significativo no uso eficiente da energia e têm despertado o interesse de muitas indústrias nos últimos anos, essencialmente pela sua elevada eficiência técnica e económica e por proporcionar emissões reduzidas de gases de efeito de estufa. O objetivo deste trabalho é promover a integração de um sistema de cogeração/trigeração numa indústria de transformação de carnes de forma a responder às necessidades energéticas de funcionamento da empresa e avaliar as potenciais poupanças num cenário em que, cada vez mais, é fundamental recorrer a tecnologias energeticamente mais eficientes. Para a concretização dos objetivos propostos fez-se um levantamento das tecnologias de cogeração e trigeração, realçando as suas vantagens e desvantagens de forma a selecionar uma solução que melhor se adapte à realidade da empresa. Fez-se ainda um estudo das necessidades energéticas anuais da indústria, assim como da produção anual e consumo específico de forma a prever os consumos energéticos e assim estudar a viabilidade da implementação de um sistema de produção combinada de energia.
Combined energy production systems (CHP – Combined Heat and Power & CCHP – Combined Cooling, Heat and Power) play a significant role in efficient usage of energy and have instigated the interest of many industries in recent years, essentially due to its high technical and economic efficiency and reduced greenhouse gases emissions. The aim of this work is to promote the integration of a CHP/CCHP system in a meat processing industry in order to meet the energy demands of the operating company and assess the potential savings in a scenery where is essential to adopt more efficient technologies. To achieve the proposed goals for this paper, the CHP and CCHP technologies were surveyed, emphasizing their advantages and disadvantages in order to select a solution that best fits the reality of the company. A study for the annual energy demands was conducted, as well as for the annual production and specific consumption, in order to forecast energy consumption and analyze the feasibility for implementing a combined energy system.

Cada vez mais existe um sentido de racionalização e otimização energética nas indústrias, que passa pelo uso de tecnologias que combatam o desperdício de energia e reduzam a emissão dos gases com efeito de estufa para a atmosfera. É neste contexto que surge o conceito de cogeração e a sua aplicabilidade nas grandes indústrias. A unidade de cogeração da Sociedade Central de Cervejas e bebidas nos últimos anos tem vindo a apresentar valores de rendimento elétrico equivalente e de poupança em energia primária abaixo dos valores ótimos para ser considerada de elevada eficiência. Esta redução deve-se essencialmente à falta de aproveitamento da energia térmica produzida. O principal objetivo desta dissertação é uma otimização energética, através da implementação de um chiller de absorção na central de cogeração, transformando-a numa central de trigeração, conduzindo a uma melhoria significativa do seu rendimento. Foram analisados os dados relativos ao consumo de vapor na fábrica, determinando, assim, a quantidade de vapor disponível para aproveitamento do chiller. Uma vez conhecida a energia disponível procedeu-se ao dimensionamento do chiller. Foram considerados os seguintes cenários de aproveitamento energético, 1º Cenário - aproveitamento da energia disponível mensalmente (sem considerar a pós combustão); 2º cenário - aproveitamento da energia disponível mensalmente (considerando a pós combustão) e 3º cenário - aproveitamento da energia de acordo com a capacidade máxima do chiller (igual à energia máxima disponível) e calcularam-se os novos rendimentos respetivos. Realizou-se, ainda, uma consulta de mercado e no fim determinaram-se os índices de rentabilidade do projeto de forma a perceber a sua viabilidade. A implementação de um chiller de absorção de efeito simples na unidade de cogeração permite, em média, aumentar o rendimento elétrico da instalação em cerca de 11% para o 1º cenário, 13% para o 2º cenário e de 18% para o 3º cenário, conduzindo a um aumento da poupança em energia primária. A unidade de trigeração passa a ter a classificação de elevada eficiência, para qualquer um dos cenários. Tanto a nível energético como a nível económico, o 3º cenário é o mais vantajoso, sendo o valor do rendimento elétrico equivalente superior a 70% e a poupança em energia primária superior a 20%. O valor atual líquido é de 440k€, cerca de 87% do valor do investimento inicial e tem um período de retorno do investimento de 2,3 anos.

A evolução das sociedades encontra-se assente num aumento dos consumos de energia, de origem fóssil sobretudo. Países com escassos recursos neste tipo de fontes de energia, encontram-se energeticamente dependentes face ao exterior, como é o caso de Portugal. Torna-se uma questão chave, a forma como a energia é utilizada, sendo o processo de auditorias energéticas uma ferramenta essencial para o efeito. Uma auditoria energética, é uma análise as condições de utilização de energia, com vista a identificação de oportunidades de racionalização do consumo de energia. Esta dissertação tem como caso de estudo a realização de uma auditoria energética e avaliação de medidas de eficiência energética a uma instalação industrial do sector farmacêutico, que no ano civil de 2014 apresentou um consumo global de 682 tep e ao abrigo do Decreto-Lei n.˚68-A/2015 de 30 de abril, encontra-se na obrigatoriedade de efetuar uma auditoria energética, que incida sobre as condições de utilização de energia. Nas medidas de eficiência energética avaliadas, que tiveram como suporte os resultados com a realização da auditoria energética, avaliou-se o potencial em termos económicos e ambientais, que de entre 4 medidas avaliadas destaca-se o estudo de viabilidade para implementação de uma central de trigeração.

A elaboração deste trabalho baseia-se na crescente preocupação com o aumento desmedido dos consumos de energia. Apresenta um estudo focado na implementação teórica de um sistema de trigeração numa indústria vitivinícola que utiliza como fonte de energia resíduos provenientes de podas de videiras. A unidade de trigeração deverá produzir frio suficiente para a manutenção de temperatura num espaço de refrigeração, em funcionamento constante, durante aproximadamente três meses, bem como de cubas com camisas de refrigeração. A avaliação da utilização de frio na indústria vitivinícola é efetuada através da análise de cargas térmicas associadas à refrigeração e conservação de uvas, mosto e vinho. Os valores das cargas térmicas atingidos permitem calcular as cargas térmicas de arrefecimento associadas ao espaço de refrigeração e às cubas cintadas. O estudo culmina na seleção de uma unidade de trigeração capaz de colmatar as necessidades energéticas da exploração, composta por dois chillers de absorção de efeito simples e num sistema de cogeração que combina um gaseificador e um motor de combustão interna. A análise efetuada neste trabalho permite concluir que os resíduos das podas de videiras provenientes desta exploração representam o triplo do necessário para colmatar as cargas de arrefecimento deste sistema, durante o período de tempo estipulado, incluindo uma margem destinada a potenciais necessidades energéticas da exploração. Análises mais aprofundadas incluíram a adição de um período de funcionamento extra de dois meses, a 64% da potência originalmente estipulada. Mesmo contabilizando esse período de tempo, os resíduos disponíveis no terreno representam o dobro do necessário.
This work is based on the growing concerns about the overwhelming energy consumption, showing a study focused on the theoretic implementation of a trigeneration system in a winemaking industry that uses the residues from pruning grapevines as the source of energy. The trigeneration unit must produce enough cold in order to maintain de temperature in the refrigeration space, which should be in constant function during approximately three months, as well as the tanks with cooling jackets. The evaluation of the winemaking industry’s usage of refrigeration is done through an analysis of the thermal loads concerning the conservation and refrigeration of grapes, grape must and wine. The values of the heat loads attained allow the calculation of the thermal cooling loads associated to the refrigeration unit, as well as the jacketed tanks. This study culminates in the selection of the trigeneration unit capable of tackling all the energy needs of the wine exploration, which is composed of two absorption chillers of single effect and a cogeneration system that combines a gasifier and an internal combustion engine. This work’s analysis concludes that the residues from pruning grapevines from the exploration represent three times the necessary quantity to address all the cooling loads of this system during the stipulated period, which includes a leeway to tackle the potential energetic necessities of the exploration. Further evaluations include an extra period of two months on 64% of the original stipulated power, and even considering this extra period the available residues in the field represent the double of what is required.

Esse trabalho inclui um estudo comparativo de 4 diferentes modelos de tomada de decisão através de critérios energéticos. Estes foram escolhidos dentre os diversos tipos de modelos existentes no mercado por abranger diferentes níveis de complexidade, partindo do mais simples para o modelo mais complexo: System Advisor Model (SAM), EnergyPLAN, Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) e PRIME. Esses modelos energéticos servem para otimizar sistemas de energia através da avaliação do potencial energético de cada região. Também servem para analisar tanto o impacto do uso e a eficiência energética de tecnologias, como os recursos financeiros envolvidos. Esta tese refere-­se também ao caso de estudo dum aeroporto internacional que enfrentava problemas devido à falha de fornecimento de eletricidade advinda da rede concessionária local. Devido a esse problema em 2005 foi instalado neste aeroporto um sistema de cogeração para que este pudesse gerar sua própria energia de maneira estável, utilizando a concessionária apenas como backup. Contudo este sistema parou de operar 7 anos depois. Neste trabalho inicialmente foram analisados os possíveis motivos pelo qual o sistema tenha vindo a falhar. Depois foram estudados outros três diferentes cenários com o propósito de comparar com a situação atual (em que a eletricidade é fornecida exclusivamente pela concessionária local), a fim de avaliar e verificar qual a melhor solução para abastecimento elétrico do aeroporto no ponto de vista técnico, econômico e ambiental. A primeira proposta foi o estudo de reutilização dos aparelhos de cogeração. A segunda proposta foi desenvolvida através do software SAM e propõem a instalação de painéis fotovoltaicos para a cobertura de automóveis no estacionamento do aeroporto. Por fim, a terceira proposta, também simulado pelo SAM, propõem a instalação de uma turbina eólica numa região perto do aeroporto. Para as análises econômico-­financeiras foi utilizado o Levelized Cycle Cost (LCC), método que utiliza a avaliação sistemática dos custos totais de um sistema durante o seu período de vida útil. Também foram realizadas análises de sensibilidade para determinar o efeito que as variações do custo de compra de eletricidade da rede e compra de gás natural (combustível da cogeração) provocariam nos cenários. As análises ambientais foram feitas através da comparação de CO2e (equivalente de dióxido de carbono) emitida. Quanto às questões técnicas, foram analisados os parâmetros envolvidos na utilização destas diferentes tecnologias para o caso de estudo específico. O cenário com instalação de energia eólica apresentou-­se o mais viável no ponto de vista financeiro, uma vez que o LCC seria 45% mais econômico do que o cenário atual e 40% mais econômico do que os cenários dos sistemas de cogeração e fotovoltaico. No quesito ambiental, o sistema de energia eólica também é o mais viável. Isso porque além de se tratar de uma fonte de energia renovável, foi a opção que com menor dependência de compra de eletricidade da rede, necessitando comprar apenas 3% da energia elétrica que consome o cenário atual. Porém, questões técnicas tornam a instalação do sistema eólico em infraestruturas aeroportuárias uma opção arriscada. Os cenários de reutilização da cogeração e de instalação fotovoltaica apresentaram custos de investimento próximos e, em termos ambientais, a solução que sugere a utilização de tecnologia com fonte de energia fotovoltaico produziria apenas 22% a menos de CO2e do que o cenário atual, uma vez que ainda seria dependente 78% da compra de eletricidade rede. Ainda assim, apresentaria uma produção 29% menor de CO2e do que o sistema de cogeração. As duas opções mostraram-­se válidas quanto aos requisitos técnicos necessários para instalação num aeroporto. A situação atual mostrou-­se insatisfatória tanto no ponto de vista ambiental e econômico, quanto estratégico. A dependência da concessionaria para o abastecimento de eletricidade é um tanto arriscada na ausência de concorrentes para o fornecimento de eletricidade.
This thesis includes a comparative study of 4 different models of decision-­making through energy criteria. These were chosen from among the various types of models that exist in the market because these cover different levels of complexity, from the simplest to the most complex model: System Advisor Model (SAM), EnergyPLAN, Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) and PRIME. These energy models are used to optimize energy systems by assessing the energy potential of some region. Them help to analyze not only the impact of the use and the energy efficiency of technologies, but also the financial resources involved. This thesis also refers to the case study of an international airport that faced problems due to the shortage of electricity supply from the local electricity grid. Due to this problem in 2005, a cogeneration system was installed in this airport in order to generate its own energy in a stable way, using the grid only as a backup. However, this system stopped operating 7 years later. The possible reasons for the system failure were analyzed in the first part of this document. Subsequently, four different scenarios were studied in order to evaluate and verify the best solution for the airport's electricity power supply from a technical, economic and environmental point of view. The first proposal was the cogeneration equipment reuse. The second proposal refers to the analysis of the current scenario, whereby electricity is provided exclusively by the local electricity grid. The third scenario was modelled with SAM and proposes covering the airport parking lot with solar panels. The fourth scenario, also modelled with SAM, proposes a wind turbine installation in a region near the airport. The Life Cycle Cost (LCC) was used for the financial and economic analyzes. That method is a tool to determine the amongst cost-­effective option among competing alternatives of systems during their life-­cycles. Sensitivity analysis was also used to determine the effect of changes in electricity prices from the grid and of changes in natural gas prices (cogeneration fuel) in the scenarios. The environmental analysis was made by comparing CO2e (emitted carbon dioxide equivalent). Regarding the technical questions, the involved parameters in the use of these different technologies were analyzed for this case study. The scenario with the wind energy system was the most viable from the financial point of view, since the Life Cycle Cost would be 45% lower than the current scenario and 40% lower than the scenarios with the cogeneration and photovoltaic systems. Environmentally, the wind power system is also the most viable. This is because in addition to being a source of renewable energy, this option was the one that had less dependence on the purchase of electricity from the grid, needing to buy only 3% of the electricity that consumes the current scenario. Nevertheless, technical issues turn the installation of a wind energy system on airport infrastructures a risky option. The scenarios for reusing cogeneration and for the photovoltaic system perform similar investment costs. The comparison of environmental aspects shows that the PV system solution would produce only 22% less CO2e than the current scenario once which would still be dependent on 78% of the electricity purchase network. Even so, it would present a 29% lower production of CO2e than the cogeneration system. Both options proved to be valid for technical requirements for installation at an airport. The current situation expressed unsatisfactory results not only environmentally, as well as economically and strategically. The utility's dependence on electricity supplies is a hazardous strategy in front of the absence of competitors for the electricity supply.