Dissertações/Teses

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2024
Dissertações
1
  • CELSO ANTONIO BITTENCOURT SALES JUNIOR
  • Otimização de uma Turbina Eólica Darrieus H baseada em metodologias de Superfícies de Resposta e CFD

  • Orientador : ANGIE LIZETH ESPINOSA SARMIENTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANGIE LIZETH ESPINOSA SARMIENTO
  • FRANCESCO BALDUZZI
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • NELSON JOSE DIAZ GAUTIER
  • Data: 09/02/2024

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  • No contexto atual de transição energética, as diversas fontes e tipos sistemas de energias
    renováveis estão sendo amplamente investigados, principalmente com respeito as suas
    respectivas viabilidades de aplicações em empreendimentos de Geração Distribuída (GD). Em destaque, pode-se mencionar o emprego de turbinas eólicas para aplicações de pequeno porte, tendo em vista suas dimensões compactas e adaptáveis, o que as tornam adequadas em sistemas de bombeamento de água, irrigação e fornecimento de energia a níveis domésticos, em zonas urbanas ou remotas. Nesse sentido, o presente trabalho visou a criação de uma metodologia de otimização de desempenho aerodinâmico de uma Turbina Eólica de Eixo Vertical (TEEV) de pequeno porte, do tipo Darrieus H. Para tanto, primeiramente, foi elaborada uma metodologia de fluidodinâmica computacional (CFD) flexível, precisa e ágil, a qual demonstrou-se apta a predizer o Coeficiente de Potência (CP) de distintas configurações de TEEV Darrieus H, pois foi calibrada mediante a dados experimentais da literatura, e ainda, adaptada a minimizar a quantidade de simulações referentes aos estudos de independência das discretizações espacial e temporal. Tal metodologia de CFD foi então integrada a um procedimento de otimização baseado em Superfícies de Resposta (SR), sendo tais superfícies, construídas mediante a amostragens geradas a partir de técnicas de planejamento de experimentos (DoE), e ainda, exploradas por Algoritmos de Otimização (AO) na busca de máximo locais. A partir dos resultados, foi possível estabelecer diretrizes gerais para a configuração de uma abordagem de CFD para TEEV Darrieus H de pequeno porte, a qual apresentou um erro percentual máximo de 12% no CP nominal em relação a dados experimentais. Ademais, o procedimento de otimização resultou em um incremento de 11% no CP nominal (considerando um valor típico de CP de TEEV Darrieus H de pequeno porte igual a 0,30 e o erro percentual máximo da metodologia de CFD), o qual atingiu um valor máximo de 0,3778, para uma solidez (σ) igual a 0,24 e um ângulo de montagem (β) igual a -4,1°. Por fim, conclui-se que, a integração de metodologias de simulações de CFD e de otimização baseada em SR pode fornecer resultados confiáveis em um tempo relativamente pequeno, e, portanto, pode ser utilizada como uma ferramenta poderosa no projeto de TEEV Darrieus H.


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  • The ongoing energy transition has resulted in an increased focus on renewable energy systems and their viability for Distributed Generation (DG) applications. In this context, small-scale wind turbines have drawn significant attention due to their compact and adaptable dimensions, making them well-suited for water pumping, irrigation, and energy generation in domestic settings, whether in urban or remote areas. In this way, the main objective of this study was to develop a reliable methodology for optimizing the aerodynamic performance of a small-scale Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), specifically the Darrieus H type. To accomplish this, a flexible, accurate, and efficient Computational Fluid Dynamics (CFD) methodology was devised to predict the Power Coefficient (CP) of various configurations of Darrieus H VAWTs. This methodology was calibrated using experimental data from the literature and adapted to minimize the number of simulations related to spatial and temporal discretization independence studies. Furthermore, the CFD methodology was integrated into an optimization procedure based on Response Surfaces (RS), which was constructed using Design of Experiments (DoE) techniques and explored within their domains through Optimization Algorithms (OA) execution. The results of this study provided valuable insights into the configuration of a CFD approach for small-scale Darrieus H VAWTs, with a maximum percentage error of 12% in CP compared to experimental data. Additionally, the optimization procedure resulted in an 11% increase in nominal CP, where the typical CP value for small-scale Darrieus H VAWTs was 0.30, and the maximum percentage error of the CFD methodology was taken into consideration. The maximum value of 0.3778 for solidity (σ) was achieved when σ was equal to 0.24, and the installation angle (β) was equal to -4.1°. In conclusion, the integration of CFD simulation methodologies and RS-based optimization can provide reliable results in a relatively short time, thus serving as a powerful tool in the design of Darrieus H VAWTs.

2023
Dissertações
1
  • LUIZ GUILHERME PRINCE MARCONDES
  • Efeito lente produzido por nuvens no estado do Maranhão: implicações para a energia solar.

  • Orientador : ARCILAN TREVENZOLI ASSIREU
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARCILAN TREVENZOLI ASSIREU
  • FERNANDO RAMOS MARTINS
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • Ramon Morais de Freitas
  • Data: 13/02/2023

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  • Neste trabalho, o fenômeno do efeito lente produzido por nuvens, tido como um evento de intensificação de irradiância solar que atinge a superfície foi estudado usando dados de piranômetros e imagens de satélite em uma região costeira do Maranhão durante 382 dias de medições entre novembro de 2021 e dezembro de 2022. O método de Controle de Qualidade aplicado aos dados dos piranômetros permitem filtrar dados com desconfiança
    atrelados a incertezas das medições para uma correta detecção do efeito. Verificou-se que o fenômeno produziu irradiância adicional acima da constante solar em 31 dias distintos. A maior irradiância detectada foi de 1565,9 W/m2 e, em alguns casos, eventos que excederam 1200 W/m2 duraram desde alguns segundos até 7,6 minutos, o que poderia representar um risco para sistemas fotovoltaicos subdimensionados. O uso de imagens de satélites
    geoestacionários e o conceito de gradiente adiabático atmosférico foram utilizados para estimativa de altitude de topo de nuvens e revelou que estes eventos foram causados por nuvens de baixo e médio nível, variando de 2 a 8 km de altitude de topo. Os resultados sugerem que nuvens podem ter um impacto significativo na produção de energia solar ao aumentar significativamente os níveis de irradiância e devem ser levadas em consideração em estudos futuros e na modelagem do potencial de energia solar e sua importânciaconsiderada no projeto e operação de sistemas fotovoltaicos no Maranhão.


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  • In this work, the cloud enhancement effect produced by clouds as an intensification event of solar irradiance reaching the surface was studied using pyranometer data and satellite imagery in a coastal region of Maranhão during 382 days of measurements between November 2021 and December 2022. The Quality Control method applied to the pyranometer data allows the filtering of unreliable data linked to measurement uncertainties for a correct detection of the effect. The phenomenon was found to produce additional irradiance above the solar constant on 31 different days. The highest irradiance detected was 1565.9 W/m2, and in some cases events exceeding 1200 W/m2 lasted from a few seconds up to 7.6 minutes, which could represent a risk for undersized photovoltaic systems. The use of geostationary satellite imagery and the atmospheric lapse rate concept were used for cloud top height estimation and revealed that these events were caused by low and mid-level clouds, ranging from 2 to 8 km cloud top height. The results suggest that louds can have a significant impact on solar energy production by significantly increasing irradiance levels and should be taken into consideration in future studies and modeling of solar energy potential and their importance considered in the design and operation of photovoltaic systems in Maranhão.

2
  • MARINA JÚNIA VILELA CALDEIRA
  • USINAS REVERSÍVEIS COMO SISTEMA DE ESTABILIZAÇÃO DE GERAÇÃO PARA FONTES INTERMITENTES

  • Orientador : IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • GUILHERME MARTINEZ FIGUEIREDO FERRAZ
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • MARIA CLAUDIA COSTA DE OLIVEIRA BOTAN
  • Data: 24/02/2023

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  • O crescimento da geração de energias renováveis contribui para a descarbonização e diversificação da matriz elétrica. Contudo, também traz desafios ao setor elétrico como a necessidade de instalação de sistemas de armazenamento de energia. Nesse cenário as usinas hidrelétricas reversíveis (UHR) se tornam relevantes, por possuírem potencialidade para mitigar a intermitência de fontes renováveis, como eólica e solar, e aumentarem a segurança energética. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou avaliar a viabilidade de implantar UHR para recuperação do nível do reservatório em usinas hidrelétricas (UHE) já existentes, operando a partir de energia fotovoltaica. As UHE já existentes são utilizadas para a garantia energética e confiabilidade do sistema, já a usina Fotovoltaica é usada para a estabilização dos níveis do reservatório e complementariedade de geração. Para que tal objetivo fosse atingido, aplicou-se a simulação de uma planta fotovoltaica nas potenciais UHE através do cálculo da potência complementar e estudo econômico, selecionando as UHE de baixo fator de capacidade mais qualificadas a receberem o projeto de hibridização. Posteriormente se dimensionou o sistema fotovoltaico para essa potência complementar, seguindo da simulação do VPL em função da potência de modo a achar a potência ótima de complementariedade, concluindo com o estudo de aplicação da UHR. Visando o não investimento em repotencialização da subestação e linha, os resultados apontam por meio do VPL que é melhor operar com perda de energia por excesso de geração em alguns dias do que operar sem superação da subestação e linha. Geralmente com baixas vazões e consequente menor pluviometria a geração fotovoltaica atinge um maior rendimento, otimizando assim o fator de capacidade da UHE e utilização da subestação/linhas. Os resultados demonstram que é mais viável para a planta fotovoltaica operar com perda de energia por excesso de geração em alguns dias do que operar sem superação da potência da subestação. Já a viabilidade da UHR aplicada para recuperação do nível do reservatório só é assegurada quando tarifas elevadas para remuneração do sistema de armazenamento são adotadas.


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  • The growth of renewable energy generation contributes to the decarbonization and diversification of the electricity matrix. However, it also brings challenges to the electricity sector, such as the need to install energy storage systems. In this scenario, reversible hydroelectric power plants (UHR) become relevant, as they have the potential to mitigate the intermittency of renewable sources, such as wind and solar, and increase energy security. In this context, the present work aimed to evaluate the feasibility of implementing UHR to recover the reservoir level in existing hydroelectric power plants (UHE), operating from photovoltaic energy. The existing UHE are used to guarantee energy and system reliability, while the photovoltaic plant is used to stabilize reservoir levels and complement generation. In order to achieve this objective, a simulation of a photovoltaic plant was applied to the potential UHE through the calculation of the complementary power and economic study, selecting the UHE with a low capacity factor with the most subscribers to receive the hybridization project. later, the photovoltaic system was dimensioned for this complementary power, followed by the simulation of the NPV as a function of the power in order to find the optimal complementary power, concluding with the study of the application of the UHR. Aiming at not investing in repowering the substation and line, the results show that the NPV investment curve indicates that it is better to operate with energy loss due to excess generation in a few days than to operate without overcoming the substation and line. Usually with low flow rates and consequently less rainfall, photovoltaic generation achieves higher yields, thus optimizing the UHE's capacity factor and substation/line utilization. The results showed that it is more feasible for the photovoltaic plant to operate with energy loss due to excess generation in a few days than to operate without overcoming the substation power. The viability of the UHR applied for the recovery of the reservoir level is only ensured when high tariffs for the remuneration of the storage system are adopted.

3
  • JULIÃO ALBERTO LANGA
  • Método de Seleção De Tecnologia De Comunicação Para Medição Inteligente de Energia Com Base Em Processo De Hierarquia Analítica

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGNELO MAROTTA CASSULA
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 27/02/2023

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  • À medida que novas tecnologias de comunicação continuam a surgir e a integração destas tecnologias na modernização da rede elétrica se torna cada vez mais necessária, uma variedade de protocolos e combinações de tecnologias de comunicação vem sendo explorados para a sua potencial utilização no domínio da rede inteligente. No entanto, dada a multiplicidade de possibilidades tecnológicas disponíveis, a escolha da melhor tecnologia capaz de responder, adequadamente, aos requisitos de comunicação da rede elétrica inteligente continua sendo um desafio para diferentes atores interessados. Isto se deve, por um lado, ao fato de diferentes aplicações de rede inteligente terem diferentes requisitos de comunicação, quer sejam quantitativos ou qualitativos. Além disso, por outro lado, cada tecnologia tem vantagens e desvantagens relacionadas com as suas características de desempenho em tais requisitos. Este trabalho, portanto, utiliza a metodologia AHP (Analytic Hierarchy Process) para selecionar a tecnologia sem fios que apresenta as melhores características de desempenho relativamente a determinados requisitos. Para tal, foi desenvolvido um algoritmo computacional no ambiente de programação Matlab, através do qual critérios tais como taxa de dados, latência, alcance, segurança, confiabilidade e interoperabilidade foram comparados para selecionar a melhor alternativa tecnológica entre Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave e Bluetooth. Os dados coletados na revisão de literatura, com as características de desempenho destas tecnologias, foram aplicados num único estudo de caso simulando a implementação prática deste método em ambiente residencial. Dentre os critérios analisados, as simulações demonstraram que o Wi-Fi foi a alternativa tecnológica vencedora com 32,353%, seguido pelo Z-Wave com 29,865% em segundo lugar, e ZigBee e Bluetooth ficaram em terceiro e quarto lugar com 25,255% e 12,527%, respectivamente. Além disso, a análise de sensibilidade, dos resultados, mostra como a metodologia AHP pode ser uma alternativa utilizável para auxiliar na tomada de decisões no domínio da rede inteligente.


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  • As new communication technologies continue to emerge and the integration of these technologies into the modernization of the electricity grid becomes increasingly necessary, a variety of communication protocols and combinations are being explored for their potential use in the smart grid domain. However, given the multitude of technological possibilities available, choosing the optimal technology capable of adequately addressing the communication requirements of the intelligent grid remains a challenge for utilities. This is due, on the one hand, to the fact that different intelligent grid applications have different qualitative and quantitative communication requirements. Moreover, on the other hand, each technology has advantages and disadvantages concerning its performance characteristics in such requirements. This work uses the AHP (Analytic Hierarchy Process) methodology to select the wireless technology that presents the best performance characteristics concerning determined requirements. For this, a computational algorithm was developed in the Matlab programming environment, through which criteria such as data rate, latency, range, security, reliability, and interoperability were compared to select the best technological alternative among Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave, and Bluetooth. Data collected from the literature review, with the performance characteristics of these technologies, were applied in a single case study simulating the practical implementation of this work. Among the analyzed criteria, simulations demonstrated that Wi-Fi was the winning technology alternative with 32.353%, followed by Z-Wave with 29.865% in second place, and ZigBee and Bluetooth were ranked third and fourth with 25.255% and 12.527%, respectively. In addition, sensitivity analysis shows how the AHP methodology can be a feasible alternative to assist decision-making in the smart grid domain.

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  • ISABELA CARNEIRO FIGUEIREDO
  • Estudo sobre os Aspectos Legais do Direito do Mar para a Geração de Energia Elétrica

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MAAMAR EL ROBRINI
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • JAMIL HADDAD
  • MILAD SHADMAN
  • Data: 27/02/2023

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  • O presente trabalho tem como objetivo principal analisar os aspectos regulatórios sobre o direito do mar no Brasil, com enfoque na geração de energia elétrica através das formas de energia advindas do mar, analisando a estrutura do mar, com a discriminação dos espaços marítimos, as tecnologias utilizadas para a exploração do mar serão apresentadas, juntamente com alguns países que já exploram esses tipos de tecnologia, com a apresentação de um breve histórico do setor elétrico brasileiro e da exploração do mar, assim como a legislação brasileira vigente até o momento, para que ao final, o presente trabalho seja um resumo detalhado sobre os aspectos legais do direito do mar para a geração de energia elétrica.


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  • The main objective of this work is to analyze the regulatory aspects of the law of the sea in Brazil, with a focus on the generation of electric energy through the forms of energy coming from the sea, analyzing the structure of the sea, with the discrimination of the maritime spaces, the technologies used for sea exploration will be presented, along with some countries that already explore these types of technology, with the presentation of a brief history of the Brazilian electricity sector and sea exploration, as well as the current Brazilian legislation, so that in the end, the present work is a detailed summary on the legal aspects of the law of the sea for the generation of electric energy.

5
  • PEDRO HENRIQUE MARANHAO DA SILVA PEREIRA
  • ESTUDOS AVANÇADOS EM TRATAMENTO TÉRMICO DA BIOMASSA RESIDUAL PARA SEU APROVEITAMENTO EFETIVO

  • Orientador : DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA FILIPA FERREIRA
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • MAISA TONON BITTI PERAZZINI
  • MARCELO JOSE PIRANI
  • NESTOR PROENZA PÉREZ
  • Data: 03/03/2023

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  • O presente estudo teve como objetivo investigar o tratamento termoquímico da carbonização do bagaço de azeitona para melhorar sua valorização e uso. Para isso, foram realizados procedimentos experimentais em diferentes temperaturas, 300, 400, 500, 600 e 700° C, e taxas de aquecimento, 10 e 20 °C/min, com tempo de residência de 1 hora. O biochar resultante foi caracterizado através de análise físico-química, incluindo análise elementar, análise termogravimétrica, avaliação da cinética química através da temperatura e taxa de aquecimento, bem como a sua morfologia e composição química por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X dispersiva de energia Além disso, foram avaliadas diferentes aplicações para o biochar utilizando o método de análise hierárquica. Os resultados indicaram que o tratamento a 400°C apresentou a maior prioridade para aplicação como biofertilizante (26% de vetor de prioridade), enquanto as taxas de aquecimento de 20oC/min e os tratamentos a 400 e 500°C apresentaram a maior prioridade para aplicação como biocombustível (entre 44 e 46% de vetor de prioridade). Para a aplicação como biocatalisador, os tratamentos a 300 e 400°C apresentaram os maiores valores de porcentagem do vetor de prioridade (27 e 26%, respectivamente). Esses resultados contribuem para ampliar as possibilidades de uso do bagaço de azeitona como recurso sustentável em diversas áreas.


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  • The present study aimed to investigate the thermochemical treatment of olive pomace carbonization to improve its value and use. For this purpose, experimental procedures were carried out at different temperatures, 300, 400, 500, 600 and 700°C, and heating rates, 10 and 20°C/min, with a residence time of 1 hour. The resulting biochar was characterized through physical-chemical analysis, including elemental analysis, thermogravimetric analysis, evaluation of chemical kinetics through temperature and heating rate, as well as its morphology and chemical composition by scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. In addition, different applications for biochar were evaluated using the hierarchical analysis method. The results indicated that the 400°C treatment showed the highest priority for application as a biofertilizer (26% priority vector), while heating rates of 20°C/min and treatments at 400 and 500°C showed the highest priority for application as a biofuel (between 44 and 46% priority vector). For application as a biocatalyst, treatments at 300 and 400°C showed the highest percentage values of the priority vector (27 and 26%, respectively). These results contribute to expanding the possibilities of using olive pomace as a sustainable resource in various areas.

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  • PAULO HENRIQUE MELO SANTOS
  • Análise Técnico-Econômica do Aproveitamento dos Gases Residuais da Carbonização Contínua de Madeira para a Geração de Eletricidade

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 15/03/2023

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  • O Brasil é o único país que produz carvão vegetal em larga escala. No entanto, os processos tradicionais de carbonização desperdiçam grandes quantidades de energia através dos gases residuais da carbonização, que são lançados na atmosfera, causando poluição do ar e degradação ambiental. Os gases da carbonização contêm aproximadamente 40% do conteúdo energético da madeira, e a produção de carvão vegetal no estado de Minas Gerais pode representar um potencial energético considerável. Este trabalho buscou avaliar a possibilidade de recuperação da energia dos gases produzidos durante a carbonização da madeira em um reator de carbonização contínua do modelo "Lambiotte" (retorta). Estes reatores operam continuamente e, permitem um melhor aproveitamento da energia da madeira, por meio de um sistema de recuperação de gases, que utiliza o próprio gás para o fornecimento de calor ao processo e para a geração de eletricidade. O reator considerado é capaz de produzir 20 toneladas de carvão por dia, além de disponibilizar até 840 kW de potência térmica através dos gases não condensáveis e alcatrão. Para a conversão dos gases em eletricidade, foram analisadas duas tecnologias: o ciclo Rankine a vapor convencional e o Ciclo Rankine Orgânico (ORC), que apresentaram eficiências de 9,5% e 17,7%, respectivamente. A análise econômica indicou o Ciclo Rankine a Vapor como a tecnologia mais viável para o caso em estudo quando se tem apenas uma retorta em operação, onde estima-se uma geração específica de 130 kWh por tonelada de carvão, considerando um rendimento gravimétrico de 33%. A análise, também considerou um rendimento gravimétrico de 42%, que resultou em uma produção específica de eletricidade através desta mesma tecnologia de 62 kWh por tonelada de carvão vegetal. A carbonização continua mostrou-se bastante eficaz para a produção de carvão vegetal. Além de produzir um carvão mais homogêneo e de melhor qualidade, consegue proporcionar o aproveitamento de toda energia da madeira através da geração de eletricidade com os gases excedentes do processo. A emissão de gases altamente poluentes, como CH4 e CO, é minimizada com a queima dos gases residuais, evitando assim, um dos maiores problemas desse setor industrial, as emissões de gases de efeito estufa.


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  •  Brazil is the only country that produces charcoal on a large scale. However, traditional carbonization processes waste large amounts of energy through the residual carbonization gases that are released into the atmosphere, which cause air pollution and environmental degradation. This fact is a consequence of the technology currently used to produce charcoal, the large rectangular masonry kilns, which make the recovery and use of gases quite difficult. The carbonization gases contain approximately 40% of the energy content of wood, and the large production of charcoal in the Minas Gerais state can represent a considerable energy potential. The objective of this work is to assess the possibility of recovering the energy of the gases produced during wood carbonization in a "Lambiotte" type reactor (retort). Since these reactors operate continuously, they allow better use of wood energy through a gas recovering system that uses part of the gas energy in the charcoal production process itself and part for electricity generation. The carbonization reactor considered can produce 20 tons of charcoal per day, besides making available up to 0.84 of thermal power in the residual gases. For converting the gases’ energy into electricity, two technologies were analyzed: a conventional steam Rankine cycle and an Organic Rankine Cycle (ORC), which presented efficiencies of 25.8% and 26.3%, respectively. The economic analysis indicated the Organic Rankine Cycle as the most viable technology for the case under study, where it is estimated a specific generation of 240 kWh per ton of charcoal, considering a gravimetric yield of 33%. The analysis also considered a charcoal gravimetric yield of 42%, which resulted in a specific electricity production of 165 kWh per ton of charcoal. Continuous carbonization technology proves to be quite effective for large-scale charcoal production in Brazil. In addition to producing better quality and more homogeneous charcoal, it manages to provide the full use of the energy contained in the wood with the generation of electric energy through the surplus gases of the process. The emission of highly polluting gases, such as CH4 and CO, is eradicated with the burning of the residual gases, thus avoiding one of the greatest problems of this industrial sector, the emissions of greenhouse gases.

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  • CRISTIANO QUEIROZ CERQUEIRA
  • AVALIAÇÃO AMBIENTAL UTILIZANDO ACV DA PRODUÇÃO DE METANOL A PARTIR DE RSU E COMPARAÇÃO COM A DISPOSIÇÃO EM ATERRO E INCINERAÇÃO

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • LIDIANE LA PICIRELLI DE SOUZA
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 31/03/2023

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  • A destinação ambientalmente adequada dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um tema crítico para as cidades brasileiras, agravado pelo aumento da geração de resíduos acima do crescimento populacional e pela necessidade mundial de urgente redução do efeito estufa. Os biocombustíveis aparecem como uma opção aparentemente viável para solução destes problemas, aliada à redução da dependência dos combustíveis fósseis. Hoje, o Brasil depende da importação do metanol de origem fóssil para a produção do biodiesel e para diversos setores da indústria. Este trabalho utiliza a técnica de ACV para avaliar o impacto ambiental da produção de metanol a partir do RSU, comparando-o com os impactos da destinação dos resíduos para aterro sanitário e para incineração, tendo a geração de energia elétrica como produto final na fronteira do sistema. Os resultados da AICV indicam que a produção de metanol com RSU tem desempenho ambiental melhor que as demais alternativas na maioria das categorias de impacto analisadas, apresentando, por exemplo, impacto de potencial de aquecimento global (GWP) 77% menor que o aterro sanitário e 81% menor que a incineração. A geração de eletricidade a partir do metanol também é mais vantajosa, sendo 140% maior que a geração do aterro e 40% maior que a energia obtida com a incineração. A tecnologia de produção de metanol a partir de RSU é ainda incipiente, assim como sua utilização para geração de eletricidade. Portanto, avanços tecnológicos nestes processos e políticas de inventivo podem tornar esta solução ainda mais atraente e viável técnica e economicamente, podendo trazer benefícios para as cidades do Brasil e de outros países onde o aterro sanitário ainda é atualmente a solução mais viável para destinação dos RSU.


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  • The environmentally appropriate disposal of municipal solid waste (MSW) is a critical issue for Brazilian cities, aggravated by the increase in waste generation above population growth and the global need for urgent reduction of the greenhouse effect. Biofuels appear as an apparently viable option for solving these problems, allied to reducing the dependence on fossil fuels. Today Brazil depends on the importation of fossil methanol for the production of biodiesel and for several industrial sectors. This work uses the LCA technique to evaluate the environmental impact of methanol production from MSW, comparing it with the impacts of waste disposal to landfill and incineration, having the generation of electricity as the final product at the system boundary. The results of the LCIA indicate that methanol production from MSW has a better environmental performance than the other alternatives in most of the impact categories analyzed, presenting, for example, a global warming potential (GWP) impact 77% lower than landfill and 81% lower than incineration. The generation of electricity from methanol is also more advantageous, being 140% higher than landfill generation and 40% higher than the energy obtained from incineration. The technology for methanol production from MSW is still incipient, as well as its use for electricity generation. Therefore, technological advances in these processes and incentive policies can make this solution even more attractive and technically and economically feasible and can bring benefits to cities in Brazil and other countries where the landfill is still the most viable solution for the disposal of MSW.

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  • AJUMAR OMAR ALFAICA
  • ANÁLISE DO IMPACTO DAS INCERTEZAS HIDROLÓGICAS NA GARANTIA FÍSICA DA GERAÇÃO HIDRELÉTRICA DE PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CÁSSIO GUILHERME RAMPINELLI
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 24/05/2023

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  • As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) correspondem a 3,3 % da matriz elétrica
    brasileira e tem ganhado mercado devido aos seus menores impactos ambientais quando
    comparadas com Usinas Hidrelétricas. A sua energia é comercializada por meio da Garantia
    Física (GF), que é a máxima quantidade de energia que o gerador pode comercializar. O valor da GF é calculado utilizando séries de vazões médias mensais, porém estudos mostram que o emprego destas séries superestima a GF, que séries de vazões médias diárias apresentam maior proximidade com a energia elétrica gerada. Diferente de outras finalidades hidrológicas, no cálculo da GF de PCHs não são abordados ou quantificados os níveis de incertezas dos dados. Diante deste contexto, a pesquisa analisou o impacto de incertezas hidrológicas na GF de geração hidrelétrica de PCHs, onde estudou-se o método Monte Carlo para a análise de incertezas das PCHs estudo-de-caso. A partir do modelo de previsão elaborado e utilizado na simulação de Monte Carlo, verificou-se que a GF nos cenários otimistas e pessimistas apresentou-se superior ao vigente, e através da análise de dispersão observou-se que empreendimentos de menores potências instaladas e menores GF possuem um maior risco atrelado de negócio, diferente de PCHs com maiores GF, cujos estudos hidrológicos e de confiabilidade de geração geralmente passam por avaliações mais criteriosas pelos investidores. Verificou-se que como a adesão das PCHs ao Mecanismo de Realocação de Energia (MRE) é facultativa, a análise das margens de incerteza da GF permitem ao gerador ter um mecanismo a mais de análise e tomada de decisão quanto a adesão ou não ao MRE. Dotado das margens de incerteza é possível comparar se o valor atribuído pelo Ministério de Minas e Energia se encontra dentro das margens delimitadas, assim como permitirá ao empreendedor avaliar em termos probabilísticos as condições reais de geração da sua usina e os riscos a serem enfrentados
    em termos de comercialização de energia.


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  • Small Hydroelectric Plants (SHPs) make up 3.3% of the Brazilian electricity grid, and are
    becoming more popular given their lower environmental impacts compared to larger
    hydroelectric plants. The energy generated by SHPs is sold using a Physical Energy Guarantee, also known as a Power Purchase Agreement (PPA), which is the maximum amount of energy that a generator can sell. The PPA is calculated based on monthly average flow series data, however, studies have shown that this can overestimate the PPA, and that daily average flow series data are more accurate in reflecting the amount of generated electric energy. Unlike other hydrological evaluations, the uncertainty levels associated with the data used to calculate the PPA at SHPs are neither considered nor quantified. This study investigates the impact of hydrological uncertainties on SHP PPAs. The Monte Carlo method was used to analyze the uncertainty levels for an SHP case-study. The results showed that the PPA, in optimistic and pessimistic scenarios, was higher than the current PPA. Dispersion analysis revealed that SHPs with smaller installed capacities and lower PPAs faced more business risks, compared to SHPs with higher PPAs, which are generally more thoroughly evaluated by investors. It was verified that once the adhesion of the SHPs to the Energy Reallocation Mechanism (ERM) is optional, the analysis of the uncertainty margins of the PPA has the possibility of allowing the generator to have an additional mechanism for analysis and decision making regarding the adhesion or not to the ERM. With the uncertainty margins it is possible to compare if the value attributed by the Ministry of Mines and Energy is within the delimited margins, as well as allow the entrepreneur to evaluate in probabilistic terms the real generation conditions of its plant and the risks to be faced in terms of energy trading.

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  • BRUNNA LIMA PORFÍRIO DE SOUSA
  • Estudo do impacto econômico da microgeração fotovoltaica nas residências da cidade de Fortaleza, Brasil

  • Orientador : JUAN JOSE GARCIA PABON
  • MEMBROS DA BANCA :
  • OSCAR RICARDO SANDOVAL RODRIGUEZ
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • JUAN JOSE GARCIA PABON
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • Data: 04/07/2023

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  • O presente estudo visa a utilização de energia solar fotovoltaica na região Nordeste, mais precisamente na cidade de Fortaleza. O estudo inclui a análise da inserção de usinas fotovoltaicas nas residências de Fortaleza e sua viabilidade econômica em função das novas condições criadas despois do ano de 2020. Assim mesmo, alguns ajustes na cobrança da energia solar fotovoltaica foram feitos pela Lei 14300/2022 no início de 2023. Dessa forma, três sistemas fotovoltaicos de geração de energia elétrica a nível residencial foram estudados, com potências distintas, mas dentro das faixas das mais utilizadas no setor residencial de Fortaleza. Cada usina levou-se em consideração três tipos de análise, com o direito adquirido, com a taxação de 100% do fio B e para o cenário atual levando em consideração o escalonamento da cobrança do Fio B que começa em 15%, em 2023, e vai aumentando linearmente até chegar ao 100% em 2029. Levou-se em consideração o cliente que obteve o sistema por pagamento à vista ou por financiamento. Foi realizado o estudo de viabilidade econômica, no qual foi utilizada uma inflação de 5,79% a.a., e um reajuste tarifário de 11,35% a.a nas três usinas, realizou-se também uma análise de sensibilidade a esta variável. A usina 1, com direito adquirido e pagamento à vista apresentou um VPL R$167.938,78 e um tempo de retorno de o investimento (payback) de 4 anos e 10 meses; já com financiamento obteve-se um VPL de R$151.622,81 e um payback de 7 anos e 5 meses com uma taxa de juros de 1,61a.m.. Destaca- se que o estudo apresentado neste trabalho determinou que a Lei 14300/2022 que entrou em vigor não torna o investimento inviável, uma vez que comparando os cenários antes e depois (para pagamento a vista) a diferença no tempo de retorno de investimento foi em médio de 1 ano e 6 meses para as três usinas. Para motivos de comparação a variação da inflação em ±7% afeta o payback em uma proporção maior do que a atualização da cobrança do FIO B.


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  • The present study aims at the use of photovoltaic solar energy in the Northeast region, more precisely in the city of Fortaleza. The study includes the analysis of the insertion of photovoltaic plants in homes in Fortaleza and its economic viability in light of the new conditions created after the year 2020. Nevertheless, some adjustments to the charging for solar PV were made by Law 14300/2022 in early 2023. In this way, three photovoltaic systems for electricity generation at the residential level were studied, with distinct powers, but within the ranges of the most commonly used in the residential sector in Fortaleza. Each plant was taken into consideration three types of analysis, with the acquired right, with 100% taxation of Wire B and for the current scenario taking into account the staggered collection of Wire B that starts at 15% in 2023 and increases linearly until it reaches 100% in 2029. We took into consideration the customer who obtained the system by cash payment or by financing. The economic feasibility study was carried out, in which an inflation rate of 5.79% p.a., and a tariff adjustment of 11.35% p.a. in the three plants were used. Plant 1, with acquired rights and cash payment presented a NPV of R$167,938.78 and a payback period of 4 years and 10 months; with financing, a NPV of R$151,622.81 was obtained and a payback period of 7 years and 5 months with an interest rate of 1.61 p.m.. It is noteworthy that the study presented in this paper determined that Law 14300/2022 that came into effect does not make the investment unviable, since comparing the before and after scenarios (for cash payment) the difference in the return on investment time was an average of 1 year and 6 months for the three plants. For comparison the inflation variation of ±7% affects the payback to a greater extent than updating the FIO B charge.

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  • GIOVANNI AUGUSTO PETRUCCI
  • Avaliação do desempenho de um sistema híbrido de painel fotovoltaico e bomba de calor para aquecimento de água aproveitando a irradiação solar no estado de Minas Gerais.

  • Orientador : JUAN JOSE GARCIA PABON
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUZ ELENA PEÑARANDA CHENCHE
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • JUAN JOSE GARCIA PABON
  • OSCAR RICARDO SANDOVAL RODRIGUEZ
  • Data: 18/07/2023

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  • Esta dissertação explora a eficiência e viabilidade de um sistema híbrido de painel fotovoltaico e bomba de calor para o aquecimento de água, capitalizando a irradiação solar disponível no estado de Minas Gerais, Brasil. Inicialmente, realizamos uma revisão das tecnologias de energia solar e bomba de calor. O estudo faz comparação com três cenários, somente o sistema PV-T com bomba de calor em comparação com a junção dos sistema PV convencional e aquecedor a vácuo, e o PV convencional gerando energia apenas para o chuveiro, Cenário 1 se mostrou o mais eficiente, apesar do maior investimento inicial (R$ 16.639,49). Este cenário produziu 544 kWh de energia elétrica e térmica e apresentou o menor LCOE (R$ 2,79). Em contraste, o Cenário 2, apesar do seu elevado CAPEX e OPEX, produziu apenas 78 kWh de energia e exibiu o LCOE mais alto (R$ 38,91). O Cenário 3, com o menor CAPEX, produziu 174 kWh de energia e teve um LCOE de R$ 6,16. Os resultados provam que este sistema híbrido é capaz de fornecer uma quantidade significativa de aquecimento de água durante todo o ano, cerca de 521 kWh de energia térmica gerada aproximadamente 2 vezes a energia térmica gerada pelo sistema AQS a vácuo, ou seja, aproveita de forma eficaz a alta irradiação solar na região. O
    sistema mostrou-se eficaz em termos de economia de energia, aumento na eficiência do painel fotovoltaico, e uma ótimo aproveitamento da energia térmica, em comparação com os outros sistemas. A geração de energia do sistema estudado em comparação com o sistema fotovoltaico convencional é aproximadamente 4 vezes a do convencional, e essa energia gerada supri a energia consumida pela bomba de calor. O estudo mostra que o sistema híbrido PV-T com bombas de calor é uma das possíveis soluções na transição para um futuro energético mais sustentável e menos dependente de combustíveis fósseis.


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  • This dissertation delves into the efficiency and feasibility of a hybrid system comprising photovoltaic panels and a heat pump for water heating, harnessing the available solar irradiation in the state of Minas Gerais, Brazil. Initially, we conduct a review of solar energy and heat pump technologies. The study compares three scenarios: the PV-T system with a heat pump, the combination of a conventional PV system with a vacuum heater, and the conventional PV system solely powering the shower. Scenario 1 proves to be the most efficient, despite the higher initial investment (R$ 16,639.49). This scenario produces 544 kWh of electrical and thermal energy and exhibits the lowest LCOE (R$ 2.79). In contrast, Scenario 2, despite its elevated CAPEX and OPEX, generates only 78 kWh of energy and demonstrates the highest LCOE (R$ 38.91). Scenario 3, with the lowest CAPEX, produces 174 kWh of energy and has an LCOE of R$ 6.16. The results demonstrate that this hybrid system is capable of providing a significant amount of water heating throughout the year, approximately 521 kWh of thermal energy generated, which is roughly 2 times the thermal energy generated by the vacuum water heating system, effectively capitalizing on the region's high solar irradiation. The system proves to be effective in terms of energy savings, increased photovoltaic panel efficiency, and optimal utilization of thermal energy compared to other systems. The energy generation of the studied system, when compared to the conventional photovoltaic system, is approximately 4 times greater, and this generated energy supplies the energy consumed by the heat pump. The study highlights that the PV-T hybrid system with heat pumps is one of the possible solutions in transitioning towards a more sustainable energy future, less dependent on fossil fuels.

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  • FERNANDO LÉO BUENO DE OLIVEIRA E SILVA
  • Obtenção de Amônia a partir de rotas termoquímicas utilizando biomassa animal: Conversão, Disponibilidade e Modelagem do processo

  • Orientador : RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • FLAVIO NEVES TEIXEIRA
  • Data: 17/08/2023

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  • A pesquisa foi desenvolvida para estudar a conversão de nitrogênio em seus subprodutos, com foco especial na formação de Amônia (NH3). O estudo envolveu experimentos de pirólise e gaseificação usando resíduos animais ricos em nitrogênio como biomassa, juntamente com uma avaliação da integração desse processo no cenário brasileiro para avaliar o aumento potencial na produção de amônia. Além disso, foi desenvolvido um modelo preliminar de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para analisar as características do leito inerte em condições frias e quentes, comparando o gás resultante com dados experimentais. A metodologia experimental envolveu a segmentação do processo de gaseificação em subprocessos sequenciais de pirólise e gaseificação. A pirólise foi realizada em reatores de leito fixo e fluidizado usando biomassa crua, enquanto os experimentos de gaseificação usaram o carvão originado do experimento de pirólise e somente o reator de leito fluidizado foi usado com diferentes misturas de agentes de gaseificação, incluindo vapor. Os resultados mostraram taxas de conversão de nitrogênio em NH3 distintas nos diferentes estágios de gaseificação, com o estágio de pirólise contribuindo com aproximadamente 49,3% para a conversão direta de NH3, enquanto a gaseificação do carvão nitrogenado foi responsável por 4,5% da conversão total. A aplicabilidade do estudo no contexto brasileiro considerou-se duas análises: a demanda de consumo de fertilizantes no país, que depende muito de importações, e o uso potencial de carcaças de animais (26 milhões de toneladas por ano) para produzir farinha de carne e ossos (FCO) para a produção de NH3. A utilização de aproximadamente 2,2 milhões de toneladas de nitrogênio da farinha de carne e ossos poderia gerar cerca de 1,5 milhões de toneladas de amônia por ano, o que representaria uma redução substancial de custos (7 a 7,5 bilhões de reais) e atenderia a quase 80% da meta de produção de fertilizantes nitrogenados do Plano Nacional de Fertilizantes. O desenvolvimento do modelo CFD ocorreu em três etapas: adaptação da geometria do reator de leito fluidizado, configuração do modelo hidrodinâmico (leito frio) e implementação do modelo reativo (leito quente) com transporte de espécies e reações químicas. O modelo demonstrou bom desempenho na previsão da produção de NH3, mas são necessários aprimoramentos para considerar reações químicas adicionais e modelos reativos para o transporte de espécies. A validação experimental mostrou resultados promissores para a previsão de NH3, mas foram observadas discrepâncias para o CO, atribuídas principalmente à diluição do agente de gaseificação. Em geral, o estudo fornece informações valiosas sobre a conversão de biomassa rica em nitrogênio em NH3 e as possíveis implicações para a produção de amônia no contexto brasileiro. O modelo CFD mostra-se promissor, mas requer mais refinamento para uma previsão precisa da composição do gás.


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  • The investigation was developed to study the conversion of nitrogen into its byproducts, particularly focusing on NH3 formation. The study involved pyrolysis and gasification experiments using nitrogen-rich animal residues as biomass, along with an assessment of integrating this process into the Brazilian scenario to evaluate the potential increase in ammonia production. Additionally, a preliminary Computational Fluid Dynamics (CFD) model was developed to analyze the inert bed's characteristics under both cold and hot conditions, comparing the resulting gas with experimental data. The experimental methodology involved segmenting the thermochemical gasification process into sequential subprocesses of pyrolysis and gasification. Pyrolysis was conducted in fixed and fluidized bed reactors using raw biomass, while gasification experiments used the char originated from the pyrolysis experiment and only the fluidized bed reactor was used with different gasification agent mixtures, including steam. The results showed distinct nitrogen-to-NH3 conversion rates in the different stages of gasification, with the pyrolysis stage contributing approximately 49.3% to the direct NH3 conversion, while gasification of nitrogenated char accounted for 4.5% of the total conversion. The study's applicability to the Brazilian context involved two analyses: the country's fertilizer consumption demand, heavily reliant on imports, and the potential use of animal carcasses (26 million tons annually) to produce meat and bone meal (MBM) for NH3 production. Utilizing approximately 2,2 million tons of nitrogen from MBM could generate around 1,5 million tons of ammonia annually, representing a substantial reduction in costs (7 to 7,5 billion reais) and meeting nearly 80% of the National Fertilizer Plan's nitrogen fertilizer production goal. The CFD model's development occurred in three stages: adapting the fluidized bed reactor's geometry, configuring the hydrodynamics model (cold bed), and implementing the reactive model (hot bed) with species transport and chemical reactions. The model demonstrated good performance in predicting NH3 production, but improvements are necessary to consider additional chemical reactions and reactive models for species transport. Experimental validation showed promising results for NH3 prediction, but discrepancies were observed for CO, mainly attributed to gasification agent dilution. Overall, the study provides valuable insights into the conversion of nitrogen-rich biomass into NH3 and the potential implications for ammonia production in the Brazilian context. The CFD model shows promise but requires further refinement for accurate prediction of gas composition.

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  • LEANDRO FIRME CROCE
  • Análise da atratividade da geração híbrida de energia elétrica de acordo com o atual cenário do mercado brasileiro

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HÉLVIO NEVES GUERRA
  • AFONSO HENRIQUES MOREIRA SANTOS
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • Virginia Parente
  • Data: 18/08/2023

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  • No contexto da capacidade instalada mundial, a geração de energia baseia-se principalmente em usinas que utilizam apenas uma fonte energética nesse processo. Entretanto, a chamada geração híbrida é capaz de abranger arranjos entre distintas fontes e tecnologias de geração para garantir o suprimento energético. Nesse contexto, busca-se a integração de energia proveniente de fontes renováveis à matriz brasileira, especificamente para as fontes hidráulica, eólica e solar na forma de Centrais Geradoras Híbridas (UGH), recém regulamentadas e ainda em fase de testes e adequação. Diante disso, este trabalho avalia a atratividade desses sistemas em nível de mercado por meio de seu potencial técnico-econômico, seus benefícios, custos de implantação e tarifas de energia elétrica. Assim, é apresentado uma revisão conceitual sobre o mercado brasileiro de energia, seus agentes integrantes e sua metodologia de operação, bem como os sistemas de geração híbrida, suas características, meios de operação e regulação. A partir dessa discussão apresenta-se os procedimentos metodológicos que buscam tratar da análise de viabilidade desses sistemas, apoiados pela ferramenta computacional Homer Pro e em parâmetros como valor presente líquido (VPL), o custo nivelado de eletricidade (LCOE), fator de capacidade e as flutuações econômicas determinadas a partir da análise de elasticidade e sensibilidade das amostras. A análise do fator de capacidade constatou-se a complementariedade entre as fontes, especialmente nas regiões mais atrativas como Sul, Sudeste e Nordeste do Brasil, apesar que as usinas necessitam em média de 10 anos diante dos melhores cenários de implantação para viabilização. Além disso, a avaliação da sensibilidade e elasticidade definiu o capital inicial e a energia gerada como as principais variáveis promovedoras de mudanças nos sistemas, e a otimização realizada com o Homer Pro executou novos cenários para fornecer distintas opções para viabilização das usinas alterando essas variáveis.


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  • In the context of world installed capacity, energy generation is mainly based on plants that use only one energy source in this process. However, the so-called hybrid generation is capable of encompassing arrangements between different sources and generation technologies to guarantee the energy supply. In this context, efforts are being made to integrate energy from renewable sources into the Brazilian matrix, specifically for hydraulic, wind and solar sources in the form of Hybrid Generator Plants (UGH), recently regulated and still in the testing and adaptation phase. In view of this, this work evaluates the attractiveness of these systems at the market level through their technical-economic potential, their benefits, implementation costs and electricity tariffs. Thus, a conceptual review of the Brazilian energy market, its constituent agents and its operating methodology is presented, as well as hybrid generation systems, their characteristics, means of operation and regulation. Based on this discussion, methodological procedures are presented that seek to address the feasibility analysis of these systems, supported by the computational tool Homer Pro and parameters such as net present value (NPV), levelized cost of electricity (LCOE), capacity factor and the economic fluctuations determined from the analysis of elasticity and sensitivity of the samples. The analysis of the capacity factor verified the complementarity between the sources, especially in the most attractive regions such as the South, Southeast and Northeast of Brazil, although the plants need an average of 10 years in view of the best implementation scenarios for viability. In addition, the sensitivity and elasticity assessment defined the initial capital and the energy generated as the main variables that promote changes in the systems, and the optimization carried out with Homer Pro performed new scenarios to provide different options for the viability of the plants by changing these variables.

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  • KATIA YESICA TINEO CANALES
  • Analise técnico-económica e ambiental de alternativas de uso de hidrogênio verde para o acréscimo da produção de metano em sistemas de biodigestão

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JEAN AGUSTIN VELÁSQUEZ PIÑAS
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • RAFAEL SILVA CAPAZ
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 14/12/2023

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  • Na busca por soluções energéticas sustentáveis, a transição para uma economia de baixo carbono tornou-se um objetivo central para países em todo o mundo. Este trabalho apresenta uma análise técnico-econômica e ambiental abrangente do uso de hidrogênio verde para melhorar a produção de metano em sistemas de biodigestão. Este estudo está situado no contexto mais amplo da adoção de energia renovável e do impulso para a descarbonização, com foco particular na matriz energética do Brasil, que já incorpora uma parcela significativa de fontes renováveis.
    A justificativa por trás desta pesquisa está ancorada no papel crítico que o biogás, especialmente o metano, desempenha no cenário de energia renovável. A produção de biogás a partir de resíduos agrícolas não apenas oferece um caminho para a valorização de resíduos, mas também contribui para a segurança energética e sustentabilidade ambiental. No entanto, o rendimento de metano dos processos convencionais de biodigestão muitas vezes não alcança o potencial esperado. A introdução de hidrogênio verde nos sistemas de biodigestão surge como uma estratégia inovadora para superar essa limitação, prometendo ampliar a produção de metano e enriquecer o valor energético do biogás.
    O principal objetivo desta dissertação foi explorar a viabilidade e sustentabilidade da integração de hidrogênio verde nos processos de biodigestão para o enriquecimento de metano. Este objetivo foi perseguido através da avaliação de oito caminhos alternativos incorporando a tecnologia Power to Gas (P2G), focando em seu desempenho técnico, viabilidade econômica e impactos ambientais. O estudo visou especificamente a otimização da produção de biogás a partir de resíduos de suínos e capim elefante, considerando sua abundância e potencial energético.
    Adotando uma estrutura metodológica que combina análise teórica com ferramentas de simulação, a pesquisa utilizou a avaliação de ciclo de vida (ACV) e o software SimaPro® para avaliar sistematicamente a pegada ambiental de cada alternativa proposta. A análise econômica foi baseada na estimativa de custos de produção, receitas potenciais e viabilidade econômica geral. A avaliação técnica focou na eficiência da integração de hidrogênio no processo de biodigestão e seu impacto no rendimento de metano.
    Os resultados desta pesquisa revelaram perspectivas promissoras para a melhoria da produção de metano através do uso sinérgico de hidrogênio verde. As alternativas exploradas demonstraram graus variados de eficácia em aumentar o conteúdo de metano, com caminhos específicos mostrando potencial significativo para a atualização sustentável do biogás, nos cenários que se usaram codigestão se obtive maiores resultados de energia já que o uso de grass silagem aumenta o rendimento de biogás com 121.54 m³/ton. embora na parte econômica os resultados não são bons por conta do transporte e o a quantidade de hidrogênio usado. A análise econômica sublinhou a importância de políticas de apoio e avanços tecnológicos na melhoria da relação custo-benefício dessas soluções.
    Conclusivamente, esta dissertação postula que a integração de hidrogênio verde em sistemas de biodigestão representa uma abordagem viável e inovadora para aumentar a produção de metano. Esta estratégia não apenas está alinhada com os objetivos de sustentabilidade ambiental, mas também tem o potencial de reforçar a contribuição do setor de energia renovável para a matriz energética. As implicações do estudo vão além dos âmbitos técnico e econômico, destacando o papel dos quadros políticos, mecanismos de mercado e pesquisa e desenvolvimento na facilitação da adoção de tecnologias de hidrogênio verde. Olhando para o futuro, a pesquisa identifica várias vias para investigações futuras, incluindo a explora


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  • In the pursuit of sustainable energy solutions, the transition to a low-carbon economy has become a central objective for countries worldwide. This work presents a comprehensive technical, economic, and environmental analysis of the use of green hydrogen to enhance methane production in biodigestion systems. Situated within the broader context of renewable energy adoption and the drive for decarbonization, with a particular focus on Brazil's energy matrix, which already incorporates a significant share of renewable sources.
    The rationale behind this research is anchored in the critical role that biogas, especially methane, plays in the renewable energy landscape. Biogas production from agricultural waste not only provides a pathway for waste valorization but also contributes to energy security and environmental sustainability. However, the methane yield from conventional biodigestion processes often fails to reach the expected potential. The introduction of green hydrogen into biodigestion systems emerges as an innovative strategy to overcome this limitation, promising to enhance methane production and enrich the energy value of biogas.
    The primary objective of this dissertation was to explore the feasibility and sustainability of integrating green hydrogen into biodigestion processes for methane enrichment. This objective was pursued through the evaluation of eight alternative pathways incorporating Power to Gas (P2G) technology, focusing on their technical performance, economic viability, and environmental impacts. The study specifically aimed to optimize biogas production from swine residues and elephant grass, considering their abundance and energy potential.
    Adopting a methodological framework that combines theoretical analysis with simulation tools, the research utilized Life Cycle Assessment (LCA) and SimaPro® software to systematically assess the environmental footprint of each proposed alternative. Economic analysis was based on production cost estimates, potential revenues, and overall economic viability. Technical evaluation focused on the efficiency of hydrogen integration into the biodigestion process and its impact on methane yield.
    The results of this research revealed promising prospects for improving methane production through the synergistic use of green hydrogen. The explored alternatives demonstrated varying degrees of effectiveness in increasing methane content, with specific pathways showing significant potential for the sustainable upgrading of biogas. In scenarios where co-digestion was employed, higher energy results were obtained due to the use of grass silage, increasing biogas yield to 121.54 m³/ton. However, the economic analysis yielded less favorable results due to transportation costs and the quantity of hydrogen used. Economic analysis underscored the importance of supportive policies and technological advancements in improving the cost-effectiveness of these solutions.
    In conclusion, this dissertation posits that the integration of green hydrogen into biodigestion systems represents a viable and innovative approach to increasing methane production. This strategy not only aligns with environmental sustainability goals but also has the potential to strengthen the contribution of the renewable energy sector to the energy matrix. The implications of the study extend beyond technical and economic realms, highlighting the role of policy frameworks, market mechanisms, and research and development in facilitating the adoption of green hydrogen technologies. Looking to the future, the research identifies several avenues for future investigations, including exploring further.

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  • JONAS FILIPE GOULART
  • Programas de Resposta da Demanda no Setor Elétrico Brasileiro à Luz de Experiências Internacionais

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CRISTIANO GOMES CASAGRANDE
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • JAMIL HADDAD
  • Data: 15/12/2023

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  • Neste trabalho, será explorada a trajetória histórica do Setor Elétrico Brasileiro (SEB), com ênfase nas mudanças ocorridas e nos desafios enfrentados. Soluções inovadoras consideradas para promover um futuro energético mais sustentável serão abordadas. A análise de experiências internacionais buscará identificar estratégias aplicáveis no contexto brasileiro, visando fortalecer a resiliência e a eficiência do SEB. A compreensão das complexidades do setor e as abordagens inovadoras adotadas em outras partes do mundo possibilitarão contribuições para a formulação de políticas e práticas que impulsionem a sustentabilidade e o desenvolvimento contínuo do Setor Elétrico Brasileiro. O trabalho examina a evolução do SEB ao longo das últimas décadas, destacando a transição de usinas hidrelétricas para outras fontes renováveis e os desafios enfrentados, como a Crise de Energia de 2001. Explora também a experiência internacional, abordando os modelos dos Estados Unidos, Canadá e Austrália, com destaque para os Programas de Resposta da Demanda como ferramentas estratégicas. Analisa o papel do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e a atuação da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) no Brasil, com foco nos Programas de Resposta da Demanda. Por fim, conclui, por inferência, sobre como o Brasil pode aprender com essas experiências para fortalecer seu Setor Elétrico.


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  • In this study, the historical trajectory of the Brazilian Electric Sector (BES) will be explored, with an emphasis on the changes that have occurred and the challenges faced. Innovative solutions considered to promote a more sustainable energy future will be addressed. The analysis of international experiences will seek to identify applicable strategies in the Brazilian context, aiming to strengthen the resilience and efficiency of the BES. Understanding the complexities of the sector and innovative approaches adopted in other parts of the world will enable contributions to the formulation of policies and practices that drive sustainability and the continuous development of the Brazilian Electric Sector. The paper examines the evolution of the BES over the last decades, highlighting the transition from hydroelectric power plants to other renewable sources and the challenges faced, such as the 2001 Energy Crisis. It also explores international experiences, addressing models from the United States, Canada, and Australia, with a focus on Demand Response Programs as strategic tools. The role of the Operador do Sistema Elétrico Nacional (ONS) and the actions of the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) in Brazil are analyzed, with a focus on Demand Response Programs. Finally, the paper concludes, by inference, on how Brazil can learn from these experiences to strengthen its Electric Sector.

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  • LAÍS GOMES BARRETO ABREU
  • METODOLOGIA DE PREVISÃO NA INTENSIFICAÇÃO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS NO AMBIENTE DE EXPECTATIVA PARA UMA TRANSIÇÃO ENERGÉTICA CONFIÁVEL

  • Orientador : DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • JUAN JOSE GARCIA PABON
  • NESTOR PROENZA PÉREZ
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 21/12/2023

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  • O presente estudo concentra-se no cenário energético brasileiro e destaca o aumento progressivo do uso de fontes renováveis na matriz de energia elétrica do país. O principal objetivo deste estudo é contribuir para a busca de soluções e impulsionar debates e reflexões sobre as ações futuras necessárias para o planejamento energético. Para isso, a pesquisa emprega ferramentas computacionais baseadas em machine learning e mineração de dados, utilizando fontes de dados governamentais e de mercado de energia. A metodologia da pesquisa começa com a análise de dados históricos relacionados ao mercado de energia elétrica no Brasil, incluindo políticas, diretrizes nacionais e mecanismos de regulação. Em seguida, a pesquisa utiliza ferramentas computacionais para projetar a previsão do mercado de energia elétrica no país. Essas previsões são então comparadas com o horizonte previsto pelo Plano Decenal de Expansão de Energia 2030. A metodologia empregada inclui a execução de modelos de previsão, destacando o comportamento do mercado energético ao longo do tempo, a partir de três métodos diferentes: Redes Neurais Multilayer Perceptron (MLP), Regressão do Processo Gaussiano (GPR) e Regressão Linear para projetar a geração elétrica por fonte no Brasil. Os resultados indicam um crescimento considerável das fontes renováveis no mercado energético nacional até o ano de 2030, aproximando-se do objetivo do Plano Decenal de Expansão de Energia de atingir 90% de renovabilidade, abrangendo fontes como hidrelétrica, biomassa, eólica e solar. O método de Regressão Linear alcança 86% de renovabilidade, enquanto o método de Regressão do Processo Gaussiano atinge 90%, e o método das Redes Neurais Multilayer Perceptron chega a 88%. Assim como, os cenários propostos intencionaram no crescimento gradual do uso de fontes renováveis na matriz de energia elétrica e no seu potencial de crescimento. A projeção da previsão do mercado de energia elétrica, possibilitou a identificação dos padrões de comportamento mercadológico, permitindo antecipar as tendências e mudanças no mercado. Essas previsões têm o propósito de fornecer informações para apoiar o desenvolvimento de ações no processo de planejamento energético, contribuindo para a transição para fontes mais sustentáveis e renováveis de energia no Brasil.


  • Mostrar Abstract
  • This study focuses on the Brazilian energy scenario and highlights the progressive increase in the use of renewable sources in the country's electrical energy matrix. The main objective of this study is to contribute to the search for solutions and encourage debates and reflections on the future actions necessary for energy planning. To achieve this, the research employs computational tools based on machine learning and data mining, using government and energy market data sources. The research methodology begins with the analysis of historical data related to the electricity market in Brazil, including policies, national guidelines and regulatory mechanisms. The research then uses machine learning and data mining tools to forecast the electricity market in the country. These forecasts are then compared with the horizon predicted by the Ten-Year Energy Expansion Plan 2030. The methodology used includes the execution of forecast models, highlighting the behavior of the energy market over time, using three different methods: Multilayer Neural Networks Perceptron (MLP), Gaussian Process Regression (GPR) and Linear Regression to project electrical generation by source in Brazil. The results indicate considerable growth in renewable sources in the national energy market until 2030, approaching the objective of the Ten-Year Energy Expansion Plan of reaching 90% renewability, covering sources such as hydroelectric, biomass, wind and solar. The Linear Regression method achieves 86% renewability, while the Gaussian Process Regression method achieves 90%, and the Multilayer Perceptron Neural Networks method reaches 88%. Likewise, the scenarios proposed for the Brazilian energy market intended to gradually increase the use of renewable sources in the electrical energy matrix and its growth potential. The projection of the electricity market forecast made it possible to identify market behavior patterns, allowing trends and changes in the market to be anticipated. These forecasts are intended to provide information to support the development of actions in the energy planning process, contributing to the transition to more sustainable and renewable sources of energy in Brazil.

2022
Dissertações
1
  • SARAH ALVES E SILVA
  • Avaliação dos Impactos Ambientais da Produção de Carvão Vegetal: Um estudo de caso

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MARCELO RISSO ERRERA
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 15/07/2022

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  • O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal, produto utilizado principalmente como fonte de energia e agente redutor de minério de ferro na indústria de ferro-gusa e aço. Apesar de vasta, grande parte da produção brasileira de carvão vegetal é pouco tecnológica e ineficiente, com baixo aproveitamento dos subprodutos e resíduos gerados. O carvão vegetal, produzido através da pirólise lenta da madeira, também produz gases condensáveis (alcatrão insolúvel e extrato pirolenhoso) e gases não condensáveis. Normalmente, os gases da carbonização são lançados diretamente na atmosfera, causando impactos à saúde humana e ao meio ambiente, além do desperdício energético, uma vez que o gás não condensável possui cerca de 30% da energia contida na madeira. Sendo assim, buscando reduzir os impactos ambientais potenciais, promover a economia circular e melhorar a eficiência energética da cadeia produtiva do carvão vegetal, este trabalho apresenta os benefícios da utilização de subprodutos e resíduos da carbonização da madeira, por meio de uma Análise do Ciclo de Vida (ACV). Para isso, os impactos ambientais são avaliados comparando 4 cenários: i) Cenário atual de carbonização da madeira; ii) Carbonização da madeira com queima de gases não condensáveis; iii) Carbonização da madeira com recuperação da energia dos gases não condensáveis para geração de eletricidade; e o cenário iv) que avalia a recuperação de alcatrão insolúvel e dos resíduos florestais para gerar eletricidade adicional ao sistema, além do uso do Extrato Pirolenhoso (EP) no cultivo de eucalipto. Os resultados mostram que, devido a emissão de monóxido de carbono nos fornos de carbonização, a oxidação fotoquímica resultou no impacto mais significativo. É estimado que sejam sequestrados da atmosfera 3,3 toneladas de CO2 eq./ton de carvão vegetal em todo seu ciclo de vida, e os cenários 2, 3 e 4 podem aumentar em 5,06%, 6,7% e 0,48% a quantidade de carbono sequestrada, respectivamente. O aproveitamento do Extrato pirolenhoso para utilização no cultivo de eucalipto traz ganhos ambientais importantes, devido ao seu potencial de reduzir o consumo de formicidas e herbicidas.


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  • Brazil is the world's leading producer of charcoal, mainly used as an energy source and reducing agent for iron ore in the pig iron and steel industry. Despite being vast, much of the Brazilian production of charcoal is low-tech and inefficient, with low use of the by-products and waste generated. Charcoal is produced through slow pyrolysis of wood, which also produces condensable gases (insoluble tar and pyroligneous extract) and non-condensable gases. Usually, carbonization gases are released directly into the atmosphere, causing health and environmental impacts, in addition to energy waste, since the non-condensable gas has about 30% of the energy contained in the wood. Therefore, seeking to reduce the potential environmental impacts, promote circular economy and improve energy efficiency of the charcoal production chain, this work presents the benefits arising from the use of wood carbonization by-products and wastes, through a Life Cycle Analysis (LCA). The environmental impacts were evaluated by comparing 4 scenarios: i) Current wood carbonization scenario; ii) Wood carbonization with non-condensable gases burning; iii) Wood carbonization with the recovering of non-condensable gases energy for electricity generation; and scenario iv) that assesses the recovering of insoluble tar and forest waste to generate additional electricity to the system, in addition to the use of Pyroligneous Extract (PE) in the cultivation of Eucalyptus. The results show that, due to carbon monoxide emissions in the carbonization furnaces, photochemical oxidation resulted in the most significant impact. It is estimated that 3.3 tons of CO2 eq./ton of charcoal are sequestered from the atmosphere throughout its life cycle, and scenarios 2, 3 and 4 can increase the amount of sequestered carbon by 5,06%, 6,7% and 0,48%, respectively. The utilization of Pyroligneous Extract for use in eucalyptus cultivation brings important environmental gains, due to its potential to reduce the consumption of formicides and herbicides.

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  • CLAUDIO ABIAR LOURENCO
  • Desenvolvimento de banco de dados para sistemas de abastecimento de água visando eficiência hidroenergética utilizando softwares R e Epanet

  • Orientador : FERNANDO DAS GRACAS BRAGA DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO DAS GRACAS BRAGA DA SILVA
  • FREDERICO FABIO MAUAD
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • Data: 26/07/2022

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  • Atualmente muitos sistemas de abastecimento de água, coletam e monitoram dados diariamente, dentre os quais, podem-se destacar valores de níveis de reservatórios, pressões e demandas, além de dados elétricos de consumo. Os dados gerados se transformam em informações proporcionando o conhecimento necessário para direcionar o gestor no planejamento de ações e tomadas de decisões em geral. Complementarmente o R é um Software muito utilizado para análises estatísticas e recentemente em alguns trabalhos foi apresentada uma funcionalidade do R de acoplamento ao Epanet, como por exemplo: ARANDIA & ECK (2018), MACEDO (2020) e BARBEDO (2021) o que facilitou a análise de diversos cenários hidráulicos. Desta forma esta dissertação tem o objetivo de avaliar a potencialidade dos programas R e Epanet tem Banco de Dados de sistemas de abastecimento de água. Neste intuito considerou-se a metodologia em propor uma simulação de rede de distribuição de água teórica para avaliar cenários e resultados a partir do R. Após o acoplamento a rede proposta foi simulada variando-se os níveis do reservatório e das demandas em diversos cenários, assim, obtivemos vários resultados. Foi possível automatizar o processo de análise gerando tabelas, gráficos e dados estatísticos referentes à dispersão das demandas, pressões e vazões resultantes dos nós e dos trechos oriundos de cada variação de consumo e níveis de reservatório. Os resultados obtidos comprovaram a compatibilidade e praticidade do modelo matemático de distribuição de água projetada no software Epanet simulada e no software R.


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  • Currently, many water supply systems collect and monitor data daily, among which we can highlight values of reservoir levels, pressures, demands, in addition to electrical consumption data. The generated data becomes information providing the necessary knowledge to direct the manager to carry out actions and decision-making in general. In addition, R is a software widely used for statistical analysis and recently in some works, a functionality of R coupling to Epanet was presented, such as: ARANDIA and ECK (2018), MACEDO (2020) and BARBEDO (2021) fact that facilitates the analysis of various hydraulic scenarios. Thus, this dissertation aims to evaluate the potential use of R and Epanet in a database of water supply systems, for this purpose it was considered for the methodology to propose a theoretical water distribution network and evaluate scenarios simulation and the results from R.After coupling, the proposed network was simulated with the variation of the reservoir level and demands in several different scenarios, thus obtaining several results. It was possible to automate the analysis process, generating graphical tables and statistical data regarding the dispersion of demands, pressures and flows resulting in the nodes and in the stretches from each demand variation and reservoir levels that were stored. The results obtained proved the compatibility and practicality of the mathematical model of water distribution designed in the Epanet software simulated in the R software.

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  • PAULO HENRIQUE MELO SANTOS
  • Análise Técnico-Econômica do Aproveitamento dos Gases Residuais da Carbonização Contínua de Madeira para a Geração de Eletricidade

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 29/08/2022

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  • O Brasil é o único país que produz carvão vegetal em larga escala. No entanto, os processos tradicionais de carbonização desperdiçam grandes quantidades de energia através dos gases residuais da carbonização, que são lançados na atmosfera, causando poluição do ar e degradação ambiental. Este fato é consequência da tecnologia utilizada atualmente para a produção de carvão vegetal, os grandes fornos retangulares de alvenaria, que dificultam bastante a recuperação e o aproveitamento dos gases. Os gases da carbonização contêm aproximadamente 40% do conteúdo energético da madeira, e a grande produção de carvão vegetal no estado de Minas Gerais pode representar um potencial energético considerável. O objetivo deste trabalho é avaliar a possibilidade de recuperação da energia dos gases produzidos durante a carbonização da madeira em um reator de carbonização continua do modelo "Lambiotte" (retorta). Como esses reatores operam continuamente, permitem um melhor aproveitamento da energia da madeira, por meio de um sistema de recuperação de gases que utiliza parte da energia destes gases no próprio processo de produção de carvão e parte para geração de energia elétrica. O reator de carbonização considerado é capaz de produzir 20 toneladas de carvão por dia, além de disponibilizar até 570 kW de potência térmica através dos gases residuais. Para converter a energia dos gases em eletricidade, foram analisadas duas tecnologias: o ciclo Rankine a vapor convencional e o Ciclo Rankine Orgânico (ORC), que apresentaram eficiências de 25,8% e 26,3%, respectivamente. A análise econômica indicou o Ciclo Rankine Orgânico como a tecnologia mais viável para o caso em estudo, onde se estima uma geração específica de 240 kWh por tonelada de carvão vegetal, considerando um rendimento gravimétrico de 33%. A análise também considerou um rendimento gravimétrico de carvão vegetal de 42%, o que resultou em uma produção específica de eletricidade através desta mesma tecnologia de 165 kWh por tonelada de carvão vegetal. A tecnologia de carbonização continua, mostra-se bastante eficaz para a produção de carvão vegetal em larga escala no Brasil. Além de produzir carvão de melhor qualidade e mais homogêneo, consegue proporcionar o aproveitamento de toda energia contida na madeira com a geração de energia elétrica através dos gases excedentes do processo.


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  •  Brazil is the only country that produces charcoal on a large scale. However, traditional carbonization processes waste large amounts of energy through the residual carbonization gases that are released into the atmosphere, which cause air pollution and environmental degradation. This fact is a consequence of the technology currently used to produce charcoal, the large rectangular masonry kilns, which make the recovery and use of gases quite difficult. The carbonization gases contain approximately 40% of the energy content of wood, and the large production of charcoal in the Minas Gerais state can represent a considerable energy potential. The objective of this work is to assess the possibility of recovering the energy of the gases produced during wood carbonization in a "Lambiotte" type reactor (retort). Since these reactors operate continuously, they allow better use of wood energy through a gas recovering system that uses part of the gas energy in the charcoal production process itself and part for electricity generation. The carbonization reactor considered can produce 20 tons of charcoal per day, besides making available up to 0.84 of thermal power in the residual gases. For converting the gases’ energy into electricity, two technologies were analyzed: a conventional steam Rankine cycle and an Organic Rankine Cycle (ORC), which presented efficiencies of 25.8% and 26.3%, respectively. The economic analysis indicated the Organic Rankine Cycle as the most viable technology for the case under study, where it is estimated a specific generation of 240 kWh per ton of charcoal, considering a gravimetric yield of 33%. The analysis also considered a charcoal gravimetric yield of 42%, which resulted in a specific electricity production of 165 kWh per ton of charcoal. Continuous carbonization technology proves to be quite effective for large-scale charcoal production in Brazil. In addition to producing better quality and more homogeneous charcoal, it manages to provide the full use of the energy contained in the wood with the generation of electric energy through the surplus gases of the process. The emission of highly polluting gases, such as CH4 and CO, is eradicated with the burning of the residual gases, thus avoiding one of the greatest problems of this industrial sector, the emissions of greenhouse gases.

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  • ALESSANDRA CHERUBINO GUEDES
  • Eficiência Energética em Iluminação: Análise do Plano Decenal de Eficiência Energética e Estudo de Caso

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAMIL HADDAD
  • LUIZ OCTAVIO MATTOS DOS REIS
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 12/12/2022

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  • Desde a Pré-História, o homem tem usado a inteligência para criar mecanismos que reduzam o esforço e aumentam o seu conforto. Ao dominar a técnica do fogo, melhorou sua alimentação, iluminação e segurança. Descobriu a força das águas, dos ventos e domesticou animais, usando a força de cavalos e bois para trabalho. Milhares de anos se passaram até que um fato marcou a história da energia: a invenção da máquina de vapor, um símbolo energético da Revolução industrial. Foi apenas há pouco mais de 100 anos que surgiu a energia elétrica, símbolo da Era da Informação. Através dela, outras formas de energia puderam se transformar com eficiência, como: calor, iluminação e energia mecânica. A Energia Elétrica é algo especial para o desenvolvimento das atividades, mas tendo em vista a escassez dos recursos energéticos naturais e o aumento dos consumidores resultando em aumentos de preços, cada vez mais é incentivado o uso consciente da energia, buscando alternativas para melhorar a qualidade e eficiência da energia a ser fornecida. Com o aumento da tecnologia, e aumento de consumidores cresce a preocupação com a eficiência energética do sistema de distribuição de energia, com vistas à qualidade do fornecimento e economia no setor para o ano de 2029, espera-se uma economia de energia de 23,1 milhões de toneladas equivalentes de petróleo, do qual 16% corresponde a economias de energia elétrica e 84% a economias de combustível, cerca de 10% superiores aos previstos no PDE 2029, de forma a lidar adequadamente com os riscos de implantação. Para as economias de eletricidade no ano de 2029, o setor industrial representa cerca de 35% do total, seguido pelos setores residencial e edificações comerciais e públicas, que representam 20% e 16% do total, respectivamente. O setor de serviços, incluindo os setores de iluminação pública e saneamento, mas sem a participação das edificações comerciais e públicas, representam, aproximadamente, 21% do total. Nesse contexto, o objetivo geral deste trabalho consiste em analisar as considerações do PEDF juntamente com o PDE 2029 considerando as diretrizes, estudos e incertezas, aplicação pratica em um ambiente industrial, mostrando o ganho energético, onde será realizado um Retrofit de iluminação com redução do consumo, gerando ganho econômico em decorrência da eficiência energética que consiste na troca de uma iluminação menos eficiente para uma mais eficiente, considerando a substituição dependendo das áreas troca de luminárias herméticas fechadas IP67 e troca de lâmpadas para LED gerando redução total de aproximadamente 25% da potência do sistema com redução de custo de manutenção e redução de riscos.


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  • Since prehistoric period, man has used intelligence to create mechanisms that reduce effort and increase comfort. By mastering the fire technique, he improved his food, lighting and security. He discovered the power of the waters, the winds and tamed animals, using the strength of horses and oxen for work. Thousands of years passed until a fact marked the history of energy: the invention of the steam engine, an energetic symbol of the Industrial Revolution. It was just over 100 years ago that electrical energy emerged, symbol of the Information Age. Through it, other forms of energy could be transformed efficiently, such as: heat, lighting and mechanical energy. Electricity is something special for the development of activities, but in view of the scarcity of natural energy resources and the increase in consumers resulting in price increases, the conscious use of energy is increasingly encouraged, seeking alternatives to improve quality. and efficiency of the energy to be supplied. With the increase in technology, and increase in consumers, the concern about the energy efficiency of the energy distribution system grows, with a view to the quality of supply and economy in the sector for the year 2029, an energy saving of 23, is expected. 1 million tons of oil equivalent, of which 16% corresponds to electricity savings and 84% to fuel savings, around 10% higher than those foreseen in the PDE 2029, in order to adequately deal with the implementation risks. For electricity savings in the year 2029, the industrial sector represents about 35% of the total, followed by the residential and commercial and public buildings sectors, which represent 20% and 16% of the total, respectively. The service sector, including the public lighting and sanitation sectors, but without the participation of commercial and public buildings, represents approximately 21% of the total. In this context, the general objective of this work is to analyze the considerations of the PEDF together with the PDE 2029 considering the guidelines, studies and uncertainties, practical application in an industrial environment, showing the energy gain, where a lighting Retrofit with reduction of the consumption, generating economic gain as a result of energy efficiency, which consists of changing from less efficient to more efficient lighting, considering the replacement depending on the areas, changing IP67 closed hermetic luminaires and changing lamps to LED, generating a total reduction of approximately 25% of the system power with reduced maintenance cost and risk reduction.

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  • GABRIEL BAIONI E SILVA
  • ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA E AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE ÁCIDOS ORGÂNICOS A PARTIR DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA UTILIZANDO MICRORGANISMOS RECOMBINANTES

  • Orientador : THAIS SUZANE MILESSI ESTEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • THAIS SUZANE MILESSI ESTEVES
  • RAFAEL SILVA CAPAZ
  • FELIPE FERNANDO FURLAN
  • CÍNTIA REGINA SARGO
  • Data: 15/12/2022

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  • Os ácidos orgânicos são de grande importância para indústria geral, com destaque para a indústria polimérica. Entre os ácidos orgânicos mais promissores estão os ácidos succínico e cis,cis-mucônico, os quais são considerados building blocks pois por conta da estrutura simplificada podem ser utilizados em uma grande quantidade de aplicações. A busca pela substituição de processos químicos convencionais da produção desses ácidos por rotas sustentáveis baseadas na utilização de insumos renováveis vem crescendo nos últimos anos, principalmente na utilização de rotas biotecnológicas. Porém, os processos ainda esbarram em questões econômicas e ambientais devido à complexidade de suas etapas de purificação, da necessidade do plantio para produção e do baixo rendimento da reação. O presente trabalho teve como objetivo a realização de uma análise técnico-econômica e ambiental da produção do ácido mucônico e do ácido succínico, considerando diferentes cenários de produção e traçando um comparativo entre diferentes rotas biotecnológicas com a rota química convencional. Isso permitiu a identificação da aplicabilidade dos processos dentro do cenário brasileiro e a identificação de pontos que requerem maior atenção de escolha e necessidade de melhoria. A análise demonstrou que o ácido mucônico ainda requer microrganismos e etapas de purificação mais eficientes para ser competitivo no mercado. O composto apresenta um rendimento abaixo de 10%, o que colabora para um preço mínimo de venda de US$ 45,81. O rendimento baixo também prejudica o desempenho ambiental do processo proposto. Já a produção de ácido succínico por rota biotecnológica se mostrou economicamente interessante, apresentando um preço mínimo de venda de US$ 3,06, um pouco acima dos US$ 2,94 encontrado no mercado internacional. Do ponto de vista ambiental, a rota possibilita a redução de emissões em categorias de impactos ambientais importantes, como potencial de mudanças climáticas, eutrofização, acidificação e escassez de recursos renováveis.


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  • Organic acids are of great importance to the general industry, with a focus on the polymer industry. Among the most promising organic acids are succinic and cis,cis-muconic acids, which are considered building blocks because due to their simplified structure they can be used in a large number of applications. The search for the replacement of conventional chemical processes for the production of these acids with sustainable routes based on the use of renewable inputs has been growing in recent years, especially in the use of biotechnological routes. However, the processes still face economic and environmental issues due to the complexity of their purification steps, the need for planting for production and the low yield of the reaction. This work aimed to perform a technical-economic and environmental analysis of the production of muconic acid and succinic acid, considering different production scenarios and drawing a comparison between different biotechnological routes and the conventional chemical route. This allowed for the identification of the applicability of the processes within the Brazilian scenario and the identification of points that require greater attention of choice and need for improvement. The analysis showed that muconic acid still requires more efficient microorganisms and purification steps to be competitive in the market. The compound presents a yield below 10%, which contributes to a minimum selling price of US$ 45.81. The low yield also hinders the environmental performance of the proposed process. The production of succinic acid by biotechnological route was economically interesting, presenting a minimum selling price of US$ 3.06, a little above the US$ 2.94 found in the international market. From an environmental point of view, the route allows for the reduction of emissions in important environmental impact categories, such as climate change potential, eutrophication, acidification and shortage of renewable resources.

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  • LUÍSA PEREIRA PINHEIRO
  • AVALIAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA E AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE BIOETANOL 1G E 2G EM BIORREFINARIA DE CANA UTILIZANDO LEVEDURA RECOMBINANTE

  • Orientador : THAIS SUZANE MILESSI ESTEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDREW MILLI ELIAS
  • ANDREZA APARECIDA LONGATI DE OLIVEIRA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • THAIS SUZANE MILESSI ESTEVES
  • Data: 21/12/2022

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  • Com o aumento mundial da demanda energética e da preocupação mundial com as mudanças climáticas do planeta, estímulos à pesquisa e ao desenvolvimento de processos de produção de biocombustíveis, como o etanol, cresceram nas últimas décadas, visando a utilização integral da biomassa e geração mínima de resíduos. Para que seja possível a implementação da tecnologia 2G nas biorrefinarias brasileiras 1G, estudos com avaliações econômicas e ambientais são fundamentais para identificar possíveis gargalos processuais e auxiliar na tomada de decisões. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi realizar uma análise técnica-econômica (ATE) e avaliação do ciclo de vida (ACV) da produção de etanol em uma biorrefinaria que integra a tecnologia 1G e 2G a partir da cana-de-açúcar e seus resíduos. Para isso, três cenários foram avaliados: o Cenário I que representa uma destilaria autônoma brasileira, enquanto os Cenários II e III apresentam uma tecnologia integrada 1G2G abordando diferentes tipos de pré-tratamento (ácido e hidrotérmico) e utilizando levedura recombinante na etapa de fermentação. As simulações dos cenários foram realizadas no software EMSO enquanto a ACV foi realizada no software SimaPro®. O processo integrado aumentou a produção de etanol em 14% no Cenário II e 16% no Cenário III em comparação ao Cenário I. Os processos integrados (Cenários II e III) apresentaram elevados custos de produção, ocasionando em um preço mínimo de venda do etanol maior que o valor comercializado do etanol em torno de 31% para o Cenário II (693,59 US$/m³) e 48% para o Cenário III (785,47 US$/m³), tornando os processos inviáveis do ponto de vista econômico. Na análise ambiental, constatou-se que ambos os Cenários não apresentaram potencial necessário para mitigar os impactos ambientais do processo de produção de etanol 1G2G em relação ao Cenário I, de forma a obter todas as categorias de impacto ambiental inferiores ou próximas ao Cenário I. Os resultados obtidos indicaram a necessidade da seleção de outros processos de produção de etanol a fim de melhorar a integração de processos nas biorrefinarias a base de cana-de-açúcar.


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  • With the global increase in energy demand and global concern with climate change on the planet, incentives for research and development of biofuel production processes, such as ethanol, have grown in recent decades, aiming at the full use of biomass and the minimum generation of waste. In order to make possible the implementation of 2G technology in Brazilian 1G biorefineries, studies with economic and environmental assessments are essential to identify possible procedural bottlenecks and help in decision-making. Thus, the main objective of this work was to carry out a technical-economic analysis (TEA) and life cycle assessment (LCA) of ethanol production in a biorefinery that integrates 1G and 2G technology from sugarcane and its waste. For this, three scenarios were evaluated: Scenario I which represents an autonomous Brazilian distillery, while Scenarios II and III present an integrated 1G2G technology addressing different types of pre-treatment (acid and hydrothermal) and using recombinant yeast in the fermentation step. Scenario simulations were performed using the EMSO software, while the LCA was performed using the SimaPro® software. The integrated process increased ethanol production by 14% in Scenario II and 16% in Scenario III compared to Scenario I. The integrated processes (Scenarios II and III) had high production costs, resulting in a minimum selling price of ethanol greater than the marketed value of ethanol around 31% for Scenario II (693.59 US$/m³) and 48% for Scenario III (785.47 US$/m³), which made the processes unfeasible from the point of view economic. In the environmental analysis, both Scenarios did not have the necessary potential to mitigate the environmental impacts of the 1G2G ethanol production process in relation to Scenario I, in order to obtain all categories of environmental impact lower or close to Scenario I. The obtained results indicated the need to select other ethanol production processes as a way to improve the integration of processes in sugarcane-based biorefineries.

2021
Dissertações
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  • DANILO DA COSTA
  • ESTAÇÕES DE RECARGA PARA VEÍCULOS ELÉTRICOS ALIMENTADAS POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: ESTUDO DE CASO PARA RODOVIA BR-381 FERNÃO DIAS EM 2030

  • Orientador : VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ CARLOS VIEIRA GUEDES
  • MARCELO JOSE PIRANI
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 16/04/2021

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  • Diversos estudos climáticos e energéticos realizados nos últimos anos sugerem que o modelo energético atual deve passar por uma forte transição de forma a aumentar a participação das fontes renováveis na matriz energética mundial, devido principalmente a dois motivos: a escassez dos combustíveis fósseis que aumenta gradativamente e os impactos climáticos negativos provenientes das emissões atmosféricas resultantes da queima destes combustíveis. De uma forma geral, os setores de geração de eletricidade e de transportes são aqueles que mais utilizam combustíveis fósseis e, consequentemente, são os maiores responsáveis pelas emissões atmosféricas de gases de efeito estufa e outros poluentes. Neste contexto, a integração entre os veículos elétricos e as usinas fotovoltaicas pode desempenhar um papel importante para a redução das emissões e aumento do uso de energias renováveis, através da substituição dos combustíveis fósseis por energia elétrica gerada a partir de fonte renovável e limpa, o Sol. O presente trabalho apresenta um estudo de caso para a alocação de estações de recarga alimentadas por usinas fotovoltaicas para a rodovia brasileira Fernão Dias. Para este fim, um modelo de previsão de demanda foi adotado para a elaboração de três cenários para 2030, com
    diferentes níveis de participação dos veículos elétricos no mercado brasileiro. Um modelo de alocação otimizada foi utilizado para definir a posição e número de estações de recarga
    necessárias e usinas fotovoltaicas foram dimensionadas para atender a demanda destinada à recarga dos veículos elétricos através do software PVSystTM. Os resultados mostram uma lista de locais adequados para a instalação das estações de recarga, além da análise da eletricidade consumida e das emissões de gases de efeito estufa evitadas. Uma análise financeira foi conduzida para determinar os custos de recarga com base em uma taxa interna de retorno de 10%. Estes custos foram comparados com os custos referentes ao abastecimento de veículos convencionais com diferentes combustíveis. Os resultados apontam que os custos encontrados neste trabalho podem ser até 74% menores do que os custos de abastecimento de automóveis convencionais atuais. Por fim, os resultados deste estudo podem oferecer uma referência para políticas públicas e investidores interessados no campo das recargas rápidas de veículos elétricos a partir de energia solar.


  • Mostrar Abstract
  • Several climate and energy studies carried out in recent years suggest that the current energy model might suffer a strong transition in order to increase the share of renewable sources in the world energy matrix, mainly due to two reasons: the increasing scarcity of fossil fuels and the negative climatic impacts from atmospheric emissions resulting from the burning of these fuels. In general, the electricity generation and transport sectors are the greater fossil fuels consumers and, consequently, are the most responsible for the atmospheric emissions of greenhouse gases and other pollutants. Integrating electric vehicles and photovoltaic power stations may play an important role in substituting fossil fuels. This study presents a case study on plants to place charging stations fed by photovoltaic power stations along the Fernão Dias highway in Brazil. A demand model was adopted to elaborate three scenarios for 2030 with different participation levels of electric vehicles in the Brazilian market. An optimized allocation model was used to derive the position and number of charging stations and photovoltaic power plants that would
    be need to meet the demand for recharging electric vehicles. This was done using the PV SystTM software program. The results gave a list of adequate locations for installing the charging stations and offered analyses on the consumed electricity and greenhouse gas emissions that could be abated by said actions. The financial analysis that was conducted for the case study determined that the charging costs, based on an Internal Rate of Return calculations, were 10%. These costs were compared to the fill up costs of other traditional vehicles. The results show that the costs may be 74% less than the cost of refilling current conventional automobiles. Finally, the results of this study may serve as a reference in the public policy debate, as well as for investors interested in fast charging EV stations that use solar energy.

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  • LUIZA FORTES MIRANDA
  • Estudo de turbina hidrocinética para operação em regime de marés em estuários

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • TERESA MARÍA REYNA
  • Data: 05/05/2021

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  • A busca por geração sustentável de eletricidade cresce com o aumento da demanda concomitante à consciência da influência humana nas mudanças climáticas. Esse é um marco da transição energética, que objetiva redução dos impactos ambientais e do uso de combustíveis fósseis, mantendo a segurança energética. A eletricidade é uma forma de energia relativamente fácil de ser transportada e transformada, mas que ainda é de difícil acesso por parte da população. Nesse contexto, interessa o desenvolvimento de turbinas hidrocinéticas, que transformam a energia cinética de um escoamento fluvial ou oceânico em potência de eixo e acionam um gerador. Em contraste com turbinas hidráulicas convencionais, essas turbinas não exigem barragens, operam fluxo livre. No trabalho propõe-se, primeiramente, uma classificação em níveis de maturidade tecnológica com definições adaptadas a turbinas hidrocinéticas – esse tipo de classificação tem o objetivo de validação técnica pragmática e redução de custos em projetos de pesquisa de engenharia. A segunda proposta do trabalho é o estudo de caso, em que é feita a modelagem numérica de uma turbina hidrocinética, inicialmente projetada para aplicação fluvial unidirecional, operando em regime de marés com escoamento em dois sentidos intermitentes. Para as simulações foi utilizado o software comercial de fluidodinâmica computacional ANSYS CFX® na solução numérica de grandezas locais e globais para análise da influência do projeto da pá no rendimento da máquina. As turbinas hidrocinéticas podem ser aplicadas a pequenos sistemas para eletrificação de vilarejos, sendo o custo o principal limitante desses projetos; ou a grandes sistemas, geralmente compostos por parques com diversos rotores, cuja viabilidade depende fortemente do rendimento da turbina. Manter a matriz elétrica brasileira predominantemente renovável é um desafio de interesse estratégico para sua sustentabilidade e que gera oportunidades para o fomento do mercado de turbinas hidrocinéticas. Mundialmente essa ainda não é uma tecnologia consolidada, possibilitando o desenvolvimento tecnológico nacional de novos modelos de turbina.


  • Mostrar Abstract
  • An increase in the demand for sustainable electricity generation can be seen as the knowledge about the human influence on global warming expands associated with an increase in the world electricity demand. This characterizes the energy transition, seeking to reduce both environmental impacts and fossil fuels use, while keeping the energy security. It is relatively easy to transport and transform the electrical form of energy, but there is still a lack of access to electricity in many regions around the world. In this context, the development of hydrokinetic turbines can be valuable. This type of turbine transforms the kinetic energy of a river or ocean water flow into shaft power, that starts a generator. In contrast to conventional hydraulic turbomachines, these turbines do not require dams, as they are free flow turbines.
    To define strategies for the study of hydrokinetic turbines, the steps for classification in Technology Readiness Levels are proposed. This management tool is often used with the aim of technical validation and cost reduction in engineering projects. One study case was also carried out. Numerical modeling was conducted to study a hydrokinetic turbine operating in tidal regime, with flow in two opposite orientations intermittently. The ANSYS CFX® software was used to numerically solve local and global quantities that were used to analyze the blade project influence on the machine efficiency with a computational fluid dynamics approach.
    Hydrokinetic turbines can be used in small systems for electrification of villages or in farms with many turbines to achieve a higher installed power. In the first example, costs are limiting in the projects, while for large systems the efficiency usually defines the viability. The challenges for sustainable electricity generation increase the opportunities for development of new hydrokinetic turbines market. That can be beneficial to Brazil, the country already has a large participation of renewable sources for electricity generation but has challenges to keep this attribute. Hydrokinetic turbines are not a completely consolidated technology, therefore there is an opportunity for the development of new turbine models.


3
  • LIVYA WANA DUARTE DE SOUZA NASCIMENTO
  • Análise do nexo causal em processos de ressarcimento de danos em equipamentos elétricos visando melhorias aos consumidores e distribuidoras de energia.

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • JAMIL HADDAD
  • LUIZ OCTAVIO MATTOS DOS REIS
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 15/06/2021

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  • A rede de energia elétrica está sujeita a sofrer distúrbios, devido a causas como descargas atmosféricas, queda de árvores, manobras na rede e outros fatores externos que possam atrapalhar o funcionamento do sistema, porém, dependendo do tipo de distúrbio o consumidor pode ser afetado com um dano em um equipamento elétrico da sua residência. Com isso, o consumidor tem o direito quando existe o nexo causal, entre a causa e o dano, de ser ressarcido pela concessionária de energia. Para orientar sobre os procedimentos adotados em caso de pedidos de ressarcimento por danos e também para garantir os direitos do consumidor, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aprovou em 2012 o Módulo 9 – Ressarcimento de danos elétricos dos Procedimentos da Distribuição de Energia Elétrico Nacional (PRODIST), e assim, alterou a Resolução n° 414/2010 das Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica. Desse modo, este trabalho verifica o processo de comprovação do nexo causal, buscando melhorias para o mesmo e assim, contribuindo para melhoria do processo tanto para as distribuidoras, como para os consumidores. Para isso foi analisado pedidos de ressarcimento de três distribuidoras, para o período de quatro anos (2016-2019), verificando o número de procedentes, improcedentes, valores pagos por equipamentos, principais equipamentos ressarcidos, também foi verificado os transformadores referentes ao maior número de solicitações. Em relação aos eventos de rede, foram verificadas as principais causas de eventos que comprovam a existência do nexo causal e foram criados dois cenários, um em relação a tempestividade e outro levando em consideração o uso do dispositivo de proteção contra surto (DPS) nas residências. Os resultados demonstraram uma diminuição no número de solicitações de ressarcimento por danos, porém o número de pedidos considerado procedente não sofreu muita variação, em relação aos equipamentos, verificou-se que o televisor foi o que mais foi ressarcido pelas empresas. Testes realizados no laboratório de teste da Universidade de São Paulo comprovaram que o uso do DPS evitou a ocorrência de danos elétricos nos equipamentos ensaiados, comprovando a sua eficácia na proteção dos equipamentos. Em relação aos cenários, os resultados do cenário 1 mostram que os consumidores estão solicitando a indenização num prazo médio de 45 dias após a suposta ocorrência do dano, no segundo cenário foi analisado o impacto da utilização do DPS nos eventos relacionados com descargas atmosféricas, os resultados apresentaram uma redução média de 11% nos pedidos, diminuindo os gastos com pagamento de ressarcimento em R$165.329,46 para a Distribuidora A, R$524.520,87 para a Distribuidora B e R$122.205,40 para a Distribuidora C, também foi considerado o custo se a instalação do DPS fosse atribuído a distribuidora. O trabalho demonstrou a importância da realização de pesquisas sobre o tema ressarcimento por danos elétricos onde a análise do nexo causal precisa ser eficiente e que mudanças podem ser feitas tanto pelas distribuidoras quanto pelos consumidores, afim de reduzir a ocorrência de danos elétricos.


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  • The electricity network is subject to disturbances due to causes such as lightning, falling trees, maneuvers in the network and other external factors that can disrupt the system's operation, however, depending on the type of disturbance, the consumer may be affected with damage to electrical equipment in your home. With this, the consumer has the right, when there is a causal link, between the cause and the damage, to be reimbursed by the energy concessionaire. In order to provide guidance on the procedures adopted in case of claims for compensation for damages and also to guarantee the rights of the consumer, the National Electric Energy Agency (ANEEL) approved in 2012 Module 9 - Compensation for electrical damages in the Electric Energy Distribution Procedures National (PRODIST), and thus, amended Resolution No. 414/2010 of the General Conditions for the Supply of Electric Energy. Thus, this work verifies the process of proving the causal link, seeking improvements for it and thus contributing to improve the process for both distributors and consumers. For this, requests for reimbursement from three distributors were analyzed, for the period of four years (2016-2019), checking the number of valid, unfounded, amounts paid for equipment, main equipment reimbursed, the transformers referring to the highest number of requests. Regarding network events, the main causes of events that prove the existence of the causal link were verified and two scenarios were created, one in relation to timeliness and the other taking into account the use of the surge protection device (SPD) in homes . The results showed a decrease in the number of requests for compensation for damages, but the number of requests considered valid did not vary much, in relation to the equipment, it was found that the television was the one that was compensated the most by the companies. Tests carried out in the test laboratory of the University of São Paulo proved that the use of DPS prevented the occurrence of electrical damage in the tested equipment, proving its effectiveness in protecting the equipment. Regarding the scenarios, the results of scenario 1 show that consumers are requesting compensation within an average period of 45 days after the alleged occurrence of the damage, in the second scenario the impact of using the DPS on events related to lightning was analyzed, the results showed an average reduction of 11% in orders, reducing expenses with reimbursement payment by R$165,329.46 for Distributor A, R$524,520.87 for Distributor B and R$122,205.40 for Distributor C. cost if the installation of the DPS were assigned to the distributor. The work has shown the importance of research on the compensation for electrical damages because it is something that is directly linked to the customer, that the analysis of the causal relationship must be efficient and that changes can be made both by distributors and consumers, to reduce the occurrence of damages.


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  • LILIAN DE FÁTIMA COSTA SANTOS
  • Análise dos Aspectos Regulatórios e de Normatização nos Procedimentos de Ressarcimentos  por Danos Elétricos

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • GERMANO LAMBERT TORRES
  • JAMIL HADDAD
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 16/06/2021

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  • Energia Elétrica é algo essencial para o desenvolvimento das atividades cotidianas; desta forma deve ser fornecida com qualidade pelas distribuidoras aos seus consumidores, seguindo os padrões e exigências da Agência Reguladora. No entanto, mesmo cumprindo essa regulação pode estar sujeita à ocorrências de distúrbios na rede elétrica, ocasionando danos aos equipamentos elétricos dos consumidores, ressaltando que os equipamentos atuais são mais sensíveis aos distúrbios elétricos. Caso o dano ocorra, o consumidor possui o direito de solicitar o ressarcimento, conforme o procedimento da agência reguladora e de sua distribuidora, em concordância com o Módulo 9 do Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), e REN 414/2010. Mesmo após os avanços tecnológicos dos equipamentos eletroeletrônicos, e da disseminação da Tecnologia da Informação, o Módulo 9 ainda não passou por nenhuma revisão, desde sua vigência a partir de 2012. Nesse contexto, o trabalho faz um panorama dos procedimentos de ressarcimento de danos elétricos no Brasil e em outros países, com intuito de apresentar possíveis sugestões de alterações, visando um melhor relacionamento entre distribuidoras, consumidores e agência reguladora. Entre os resultados obtidos tem-se a sugestão para que o laudo padrão tenha informações mínimas relativas ao dano e aos equipamentos afetados, o que ajudaria na diminuição de fraudes, juntamente com a inserção da curva de suportabilidade dos equipamentos em seus manuais técnicos. Outra possível alteração é a diminuição do prazo para solicitação do ressarcimento ou o tempo de tempestividade, contribuindo para encontrar a causa do problema. A aplicação do critério da depreciação no valor a ser ressarcido pode ser considerado até justo para a distribuidora, distribuidora, que vai pagar o valor do produto considerando o tempo de uso e seu desgaste natural, porém para o consumidor pode não ser interessante e viável. A instalação dos Dispositivos de Proteção de Surtos, conforme testes realizados em laboratórios, apresentaram bons resultados, protegendo os equipamentos contra queima. É importante avançar com aprimoramentos para que o processo de solicitação de ressarcimento por danos elétricos resulte em benefícios, tanto para os consumidores que podem ser ressarcidos, caso algum dano tenha ocorrido em seus equipamentos, como também para a distribuidora na melhoria da análise desses processos de ressarcimento de danos.


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  • Electricity is essential for the daily activities development; therefore, the concessionaires must provide it with quality to their consumers, following the standards and requirements of the Regulatory Agency. However, even if this is done, disturbances in the electrical network may occur, causing damage to consumers' electrical equipment, emphasizing that current equipment is more sensitive to electrical disturbances. In addition, if the damage happens, the consumer has the right to request reimbursement, according to the procedure of the regulatory agency and its concessionaire, in accordance with Module 9 of Procedure for the Distribution of Electricity in the National Electric System (PRODIST) in the National Electric System and REN 414/2010. Even after the technological advances in electronic equipment, and the Information Technology dissemination, Module 9 has not yet undergone any revision, since it came into effect in 2012. In this context, the study provides an overview of the procedures for reimbursing electrical damages in Brazil and other countries, in order to present possible suggestions for changes, certain a better relationship between concessionaires, consumers and the regulatory agency. Among the results obtained there is a suggestion for the standard report to have minimal information regarding the damage and the affected equipment, which would help in reducing fraud, with the insertion of the equipment's supportability curve in its technical manuals. Another possible change is the reduction of the deadline for requesting reimbursement or the time of timeliness, which contributed to finding the cause of the problem. The depreciation criterion application with no value to be reimbursed may even be considered fair for a distributor, who will pay the value of the product considering the time of use and its natural wear and tear, but for the consumer it may not be interesting and viable. The installation of Surge Protection Devices, according to the tests carried out in laboratories, results in good results, protecting the equipment against burning. It is important to proceed with improvements so that the requesting reimbursement process for electrical damages results in benefits, both for consumers who can be reimbursed, in case any damage has occurred in their equipment, as well as for the distributor in the improved analysis of these damage recovery processes.

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  • MARCOS RAFAEL PEREIRA BATISTA
  • Análise de Ciclo de Vida (ACV) de óleos refrigerantes para transformadores: comparação entre óleo mineral e óleo vegetal

  • Orientador : MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCIO MONTAGNANA VICENTE LEME
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • THAIS SUZANE MILESSI ESTEVES
  • Data: 17/06/2021

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  • Os transformadores são considerados um dos componentes mais importantes no setor de transmissão e de distribuição do sistema elétrico. Como funcionam em alta temperatura, seu sistema de refrigeração deve possuir elevado desempenho para aumentar sua vida útil. Para realizar esta refrigeração, a maioria dos sistemas, utiliza o óleo mineral. Os demais, utilizam óleo de origem vegetal. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise do ciclo de vida (ACV) de diferentes tipos de óleo de refrigeração para verificar qual desses apresentam menores impactos ambientais. Para esta comparação será utilizado o óleo de origem mineral, mais utilizado atualmente (óleo de base naftalênica) e o óleo vegetal (óleo de girassol e o óleo de soja). Assim, foram criados três cenários para fazer a distinção destas formas mais usadas para serem utilizados em transformadores. No cenário 1, se encontra o óleo mineral. No cenário 2 o óleo de girassol e no cenário 3 o óleo de soja. Todos os inventários levantados foram plotados no software SimaPro para que se cheguem aos resultados propostos. Quando feita a comparação destes três cenários, constatou-se que a melhor opção para se fazer a lubrificação e refrigeração de um transformador é o cenário 1, onde foi constatado por questões ambientais, a melhor opção proposta para esta atividade. Tal resposta é devido ao fato deste cenário apresentar os menores valores de impactos ambientais para o ar, água e solo. Nos resultados, o cenário 1, apresenta somente o impacto de esgotamento fóssil maior em relação aos demais cenários, devido a utilização do petróleo para sua produção. O pior cenário para refrigerar e lubrificar transformadores é o cenário 2, porque apresenta quinze valores de impactos maiores que as dos outros cenários, como: mudança climática, ocupação de solo agrícola e esgotamento da água. Já o cenário intermediário seria o terceiro, apresentando dois valores de impactos maiores que os outros cenários e ainda apresenta um impacto negativo (esgotamento da água). A cotação serviu como auxílio para verificar qual óleo apresenta um custo menor de produção. O custo de litros de óleo mineral lubrificante é de R$1547,6 reais por transformador e o custo de litros de óleo vegetal lubrificante é de R$1653,6 reais por transformador. Podemos concluir, baseado nos custos, que os óleos lubrificantes minerais possuem um custo de produção menor que os óleos vegetais lubrificantes.


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  • Transformers are considered one of the most important components in the transmission and distribution of the system sector electrical. As they work at high temperature your cooling system must work very well to increase its useful life. Carring out this refrigeration, most systems use mineral oil. The others use vegetable oil. The goal of this work is to carry out a life cycle analysis (LCA) so that it can be check which of the oils have the lowest environmental impacts. For this comparison, the most commonly used mineral oil (which is naphthalene base oil) and vegetable oil (sunflower and soybean oil) will be used. Thus, three scenarios were created to distinguish these most used forms to be used in transformers. In the scenario 1, there is mineral oil. I n scenario 2, sunflower oil and in scenario 3, soybean oil. All inventories collected were plotted to the SimaPro software so that the proposed results could be reached. When comparing these three scenarios, it was found that the best option for lubricating and cooling a transformer is scenario 1, for environmental reasons, to be the best option proposed for this activity. Such response is due to the fact that this scenario presents the lowest values of environmental impacts for air, water and soil. In comparison, scenario 1 only presents the impact of fossil depletion greater than others scenarios, due to the use of oil for its production. The worst scenario for cooling and lubricating transformers is scenario 2, because it presents fifteen values of impacts greater than others scenarios, such as: climate change, occupation of agricultural land and water depletion. The intermediate scenario, presenting two values of impacts greater than others scenarios and still having a negative impact (depletion of water). The quotation served as an assistance to verify which oil has a lower production cost. The cost of liters of lubricating mineral oil is R$1576.6 real per transformer and the cost of liters of lubricating vegetable oil is R$1653.6 real per transformers. We can conclude, based on costs, that mineral lubricating oils have a lower production cost than vegetable lubricating oil.

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  • JUCIMAR AUGUSTO PINTO
  • Estudo da codigestão anaeróbia de dejetos bovinos e suínos: análise da viabilidade técnica e econômica

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • MARIA CLAUDIA COSTA DE OLIVEIRA BOTAN
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 29/06/2021

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  • O crescimento da produtividade bovina e suína é resultado da modernização dos sistemas de produção intensivo de confinamento. No entanto, o acúmulo de dejetos, na ausência de saneamento, impacta o meio ambiente e favorece a proliferação de doenças. O objetivo do presente trabalho foi realizar um estudo teórico do aproveitamento energético do biogás proveniente da codigestão de dejetos bovinos e suínos em biodigestores anaeróbios, convertendo um passivo ambiental em fonte de energia renovável e produção de digestato, um biofertilizante natural. A mistura de dois ou mais tipos de substratos visa a otimizar a funcionalidade dos biodigestores anaeróbios nos aspectos quali-quantitativo proporcionando processos contínuos de produção de biogás. A análise foi feita utilizando dados teóricos da literatura de produção diária de dejetos por animal em que a melhor geração quantitativa de metano foi a proporção de 4 partes de dejetos de bovinos por 1 parte de dejetos de suínos. Após a análise da produção de biogás do substrato realizou-se estudo da viabilidade técnica e econômica por meio das ferramentas de projeção de investimentos Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Custo Nivelado de Energia (LCOE), bem como o mapeamento do potencial de codigestão identificado e o estudo de emissões evitadas de Gases de Efeito Estufa (GEE) associadas a essa aplicação. Os resultados mostraram que empreendimentos de plantas de biogás resultante da codigestão de dejetos passam a ser viáveis a partir de 1.410 cabeças de bovinos e 2.350 cabeças de suínos. Essa quantidade de animais e proporção de dejetos resulta na vazão de metano de 163,41 m³∙d-1 o que corresponde a um potencial energético de 128 MWh∙ano-1 classificando o empreendimento como microgeração distribuída conforme resoluções da Agência Nacional de Energia Elétrica No 482/2012 e No 687/2015. O presente trabalho mostrou que os biodigestores são importantes mecanismos de saneamento para o meio rural e agroindústria melhorando as condições de vida e agregando valor à cadeia produtiva do agronegócio.


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  • The growth in bovine and swine productivity is the result of the modernization of intensive confinement production systems. However, the accumulation of waste, in the absence of sanitation, impacts the environment and favors the proliferation of diseases. The objective of the present work was to carry out a theoretical study of the energy utilization of biogas from the co-digestion of bovine and swine manure in anaerobic digesters, converting an environmental liability into a source of clean energy and production of digested organic matter, a natural biofertilizer. The mixture of two or more types of substrates aims to optimize the functionality of anaerobic digesters in the qualitative and quantitative aspects, providing continuous processes for the production of biogas. The analysis was made using theoretical data from the literature of daily production of manure per animal in which the best quantitative methane generation was the ratio of 4 parts of cattle manure to 1 part of pig manure. After analyzing the biogas production of the substrate, a technical and economic feasibility study was carried out using the investment projection tools Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Levelized Energy Cost (LCOE), as well as the mapping of the identified codigestion potential and the study of avoided emissions of Greenhouse Gases (GHG) associated with this application. The results showed that enterprises of biogas plants resulting from the co-management of manure become viable from 1,410 heads of cattle and 2,350 heads of pigs. This quantity of animals and proportion of waste results in a methane flow of 163,41 m³ ∙ d-1, which corresponds to an energy potential of 128 MWh ∙ year-1, classifying the project as distributed microgeneration according to the resolutions of the National Electric Energy Agency No. 482 / 2012 and No. 687/2015. The present study showed that biodigesters are important sanitation mechanisms for rural areas and agro-industry, improving living conditions and adding value to the agribusiness production chain.

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  • HILIENE DA COSTA DE CARVALHO
  • Projeção de demanda energética do setor residencial em Cabo Verde: Análise da inserção de microgeração fotovoltaica por classe de renda

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAMIL HADDAD
  • JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 30/06/2021

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  • O crescimento económico e populacional tem impulsionado um forte aumento na demanda energética. A utilização em massa de energia oriunda de combustíveis fósseis têm trazido várias discussões devido aos problemas ambientais tais como aumento das emissões de gases de efeito de estufa, desmatamento, poluição, etc. Cabo Verde que se enquadra no grupo dos países de desenvolvimento médio segue a mesma tendência. O país possuiu uma matriz energética com predominância de combustíveis de origem fóssil provenientes do mercado externo. Diante disso este trabalho elaborou uma projeção do consumo energético no setor residencial em Cabo Verde até 2030. Para isso foi proposto 3 cenários, o cenário de Referência que segue as tendências nacionais a partir das políticas adotadas pelo governo, o cenário Eficiente que visa o consumo eficiente da energia a partir de troca de equipamentos e mudanças nos hábitos comportamentais e um cenário de Microgeração Solar Fotovoltaica Distribuída - MSFD nas duas últimas classes de renda, com o objetivo de verificar a viabilidade técnica e econômica do projeto. Para a projeção desses cenários utilizou-se o software LEAP-Long Range Energy Alternatives Planning System. Os resultados deste estudo mostram que para o cenário de Referência a demanda de energia final deverá crescer cerca 2,3% ao ano e a demanda da energia elétrica crescerá a uma taxa de 5% ao ano até 2030. Relativamente ao cenário Eficiente a demanda de energia final crescerá a uma taxa de 1,9% ao ano representando uma diminuição de 54,6 GWh de um cenário para outro. Quanto a demanda da energia elétrica no cenário Eficiente cresceu a uma taxa de 4,3% ao ano contabilizando uma diminuição no consumo de 90,1 GWh em relação ao cenário de Referência. A análise da inserção da energia solar fotovoltaica por classe de renda mostrou que o investimento é economicamente viável apresentando um Payback de 5 anos. Com esse sistema os domicílios estariam deixando de consumir diretamente da rede elétrica no horizonte de planejamento até 2030, cerca de 222 GWh de energia. Assim sendo é de extrema importância que haja elaboração de um planejamento energético de forma a garantir a continuidade no fornecimento de energia e proporcionar um atendimento da demanda de forma eficiente, já que os recursos são escassos. É importante que estudos desse gênero sejam elaborados de forma que os gestores energéticos tenham uma base sólida para as tomadas de decisões.


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  • Economic and population growth has driven a sharp increase in energy demand. The mass use of energy from fossil fuels has brought several discussions due to environmental problems such as increased emissions of greenhouse gases, deforestation, pollution, etc. Cape Verde, which falls in the group of medium development countries, follows the same trend. The country has an energy matrix with a predominance of fossil fuels from the external market. Given this, this work developed a projection of energy consumption in the residential sector in Cape Verde until 2030. For this, 3 scenarios were proposed, the Reference scenario which follows national trends from policies adopted by the government, the Efficient scenario which aims at the efficient consumption of energy from the exchange of equipment and changes in behavioral habits and a scenario of Distributed Solar Photovoltaic Microgeneration - DSPM in the last two income classes, to verify the technical and economic viability of the project. For the projection of these scenarios, the LEAP-Long Range Energy Alternatives Planning System software was used. The results of this study show that for the Reference scenario the final energy demand should grow about 2.3% per year and the demand for electrical energy will grow at a rate of 5% per year until 2030. Regarding the Efficient scenario, the final energy consumption will grow at a rate of 1.9% per year representing a decrease of 54.6 GWh from one scenario to the other. As for the demand for electrical energy in the Efficient scenario, it will grow at a rate of 4.3% per year accounting for a decrease in consumption of 90.1 GWh concerning the Reference scenario. The analysis of the insertion of photovoltaic solar energy by income class showed that the investment is economically viable presenting a payback of 5 years. With this system, the households would be ceasing to consume directly from the electric grid in the planning horizon until 2030, about 222 GWh of energy. Therefore, it is extremely important that energy planning is carried out to ensure continuity in the supply of energy and to meet the demand efficiently since resources are scarce. Studies of this kind must be prepared so that energy managers have a solid basis for decision-making.

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  • Tomás Andrade da Cunha Dias
  • Avaliação da disponibilidade de terras e do potencial bioenergético em 2050 considerando os limites da segurança alimentar

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • LUIZ AUGUSTO HORTA NOGUEIRA
  • MARCELO RISSO ERRERA
  • Data: 14/07/2021

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  • Este trabalho avalia a área potencial de terras agricultáveis disponíveis para produção de bioenergia em 2050 sem comprometer os limites de segurança alimentar. Estimaram-se a demanda global por terras para produção de alimentos e o potencial de produção de bioenergia na área remanescente. A novidade desta pesquisa é a avaliação qualitativa e quantitativa dos parâmetros que influenciam a disponibilidade de terras para produção de bioenergia. Diferentemente dos estudos anteriores, o trabalho considera nas projeções o desperdício de alimentos, a área de terras degradadas, além de parâmetros geralmente desconsiderados por outros autores, como a agricultura urbana e o consumo de proteínas de insetos. A demanda por alimentos da população, a oferta da produção agrícola e a disponibilidade das terras excedentes que poderiam ser aproveitadas para a produção de biocombustíveis são as bases para o cálculo do potencial de produção de bioenergia. As projeções foram realizadas para 3 diferentes cenários: como de costume (C1), o melhor dos cenários realistas (C2) e a situação teórica (C3). As projeções desconsideram as influências econômicas e mercadológicas que regem a distribuição e o uso das terras. Algumas atividades humanas como consumo excessívo e desperdício podem resultar na redução da área disponível de terras para bioenergia, enquanto a aplicação de tecnologias disruptivas é o principal fator de aumento. Haverá terras aráveis suficientes para alimentar a população mundial em 2050 nos três cenários propostos. Contudo, mesmo escolhendo priorizar a preservação das florestas, e partindo para as áreas arbustivas como a próxima fronteira agrícola, a disponibilidade de novas terras aráveis para projetos de bioenergia poderia ser limitada no C1, e poderia ser necessário desmatar 24% das florestas (935 Mha). No C2, 5,7% das terras aráveis sobrariam disponíveis para produzir bioenergia, atingindo 92% da meta de sequestro de carbono. E no C3, 42% das terras aráveis poderiam produzir bioenergia para sequestrar mais de 6 vezes a quantidade de carbono tida como meta para 2100. Os parâmetros com as maiores oportunidades de ganhos, por razões quantitativas e por viabilidade técnica de ação são o desperdício de alimentos, a baixa produtividade em decorrência da degradação de terras, o ganho de produtividade por tecnologia, e a redução no consumo de proteínas animais, especialmente de animais ruimantes. A potencial participação da bioenergia na matriz energética global é considerável até para o C1, em 7,5%, com 64 EJ. No melhor dos cenários realistas, C2, a bioenergia poderia representar 21,0% da produção global de energia, com 178 EJ, sendo que a produção de culturas energéticas poderia ser 31 vezes maior do que é hoje. Os resultados da potencial geração de bioenergia global obtidos nas projeções dos cenários mais realistas, C1 e C2, foram próximos entre si e de outros estudos reportados na literatura científica. No cenário que representa uma situação teórica, C3, a bioenergia poderia suprir quase duas vezes e meia a demanda global por energia primária em 2050.


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  • This study evaluates the potential of available land areas for bioenergy production in 2050 without compromising food security limits. The estimates contain the global population food demand, the agricultural production supply, the availability of surplus land that could be used for biofuels production, and the bioenergy production potential in the remaining area. The novelty of this article is the qualitative and quantitative evaluation of the parameters that influence the availability of land for bioenergy production. Unlike previous studies, the work also considers food waste in projections, the degraded land area, in addition to parameters that are often disregarded by other authors, such as urban agriculture and the consumption of insect proteins. The projections were made for 3 different scenarios: business as usual (C1), the best of realistic scenarios (C2), and the theoretical situation (C3). The projections disregard the economic and market influences that govern the distribution and use of land. The current excessive consumption and the impacts of human activities are responsible for the reduction in the available land area for bioenergy, while the application of disruptive technologies is the main factor of increase. There will be enough arable land to feed the world population in 2050 in the three proposed scenarios. However, even choosing to prioritize the preservation of forests, and going to shrubland as the next agricultural frontier, the arable land available for new bioenergy projects could be limited in C1, and it would be necessary to deforest 24% of the forests area (935 Mha). In C2, 5,7% of arable land would remain available to produce bioenergy, reaching 92% of the carbon sequestration target. And in C3, 42% of arable land could produce bioenergy to sequester more than 6 times the amount of carbon stipulated for 2100. The parameters with the greatest opportunities for gains, for quantitative reasons and technical feasibility of action, are food waste, low productivity due to land degradation, increases in productivity due to technological gain, and reduction in the consumption of animal proteins, especially from roaring animals. The potential participation of bioenergy in the global energy matrix is relevant even for C1, at 7.5%, with 64 EJ. In the best of realistic scenarios, C2, bioenergy could represent 21.0% of global energy production, with 178 EJ, while the energy crops could produce 31 times bigger than today. The results of the global bioenergy potential obtained in the projections of the most realistic scenarios, C1 and C2, were close to each other and other studies in the bibliography. In the theoretical situation, C3, bioenergy could supply almost two and a half times the total global demand for primary energy in 2050.

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  • BRUNO FELIPE CANATTO
  • Geofísica eletrorresistiva aplicada ao monitoramento temporal da percolação de fluidos no interior de estruturas de barragens

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADINELE GOMES GUIMARAES
  • EDUARDO ANTONIO GOMES MARQUES
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • PAULO CESAR GONCALVES
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 29/07/2021

  • Mostrar Resumo
  • A importância e o impacto que as barragens possuem em âmbito econômico, social, ambiental, estratégico e sanitário, torna necessário manter a segurança e a funcionalidade desses empreendimentos. Assim, uma forma de manter sua integridade física e funcional é a realização de monitoramentos temporais por sistemas de auscultação. Diversas instrumentações existem para este propósito, dentre elas se destacam: piezômetros, medidores de recalque, inclinômetros e medidores de vasão. Os métodos geofísicos já são aplicados para o monitoramento de barragens em diversos países, e com os avanços tecnológicos estão se tornando mais precisos e contribuindo com as interpretações dos dados obtidos pelas instrumentações convencionais. Dentre os métodos geofísicos, a eletrorresistividade possui grande versatilidade em sua utilização para monitoramento de barragens, por ter sensibilidade na detecção de saturação em subsuperfície. Como forma de contribuir com novas metodologias de monitoramento de barragens, o presente trabalho traz a luz um estudo de caso da barragem de terra Santa Helena, localizada na cidade de Mirandópolis, São Paulo, que foi monitorada mensamente durante o período de agosto de 2020 até janeiro de 2021 com uso de geofísica eletrorresistiva empregando a técnica de caminhamento elétrico com um equipamento de baixo custo para os levantamentos de dados. Foram levantadas duas linhas paralelas de 96 m sobre a crista da barragem, com afastamento de 2 m entre os eletrodos, o que permitiu obter sete níveis de investigação, alcançando aproximadamente 7,5 m de profundidade. Como resultado foi possível determinar a grande influência da pluviometria nos valores de resistividade medidos, sendo muito elevados nos meses de seca e baixos nos meses úmidos. Além disso, com auxílio de modelos de fluxo interno de fluídos foi possível constatar que o comportamento da percolação de água do sistema está dentro do que se espera em uma barragem homogênea, com a área não saturada superficial aumentando conforme se afasta do reservatório, detectada nas inversões geofísicas pelo aumento da eletrorresistividade em subsuperfície de montante para a jusante. Além disso, o monitoramento foi capaz de detectar uma anomalia de baixa resistividade posicionada próxima a superfície, interpretada como um processo de piping ocasionado por possíveis zonas de fraqueza que surgiram pela influência da construção do abrigo da bomba adutora e as vibrações de sua operação, que promovem percolações irregulares de fluídos, saturando esse ponto da barragem e reduzindo a eletrorresistividade no local da anomalia. O presente trabalho demonstrou que mesmo utilizando um equipamento de mensuração limitado, foi possível monitorar variações de resistividade que podem ser indício de problemas estruturais, confirmando que as técnicas de geofísica eletrorresistiva podem contribuir grandemente com os sistemas de monitoramento de barragens, uma vez que suas dimensões de alcance podem ser uteis em interpretações da extensão das anomalias pontualmente medidas pelos instrumentos convencionais.


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  • The importance and impact that dams have on the economic, social, environmental, strategic, and health levels make it necessary to maintain the safety and functionality of these projects. Thus, one way to keep their physical and functional integrity is to perform temporal monitoring through auscultation systems. Several instruments exist for this purpose, including piezometers, pressure gauges, inclinometers, and flow gauges. Geophysical methods are already applied to monitoring dams in several countries. With technological advances, they are becoming more accurate and contributing to the interpretation of data obtained by conventional instrumentation. Among the geophysical methods, the resistivity has great versatility in monitoring dams because it has sensitivity in detecting saturation in the subsurface. Contribute to new methodologies for monitoring dam this work realizes a case study. The chose of case study is the Santa Helena earth dam, located in the city of Mirandópolis, São Paulo, which was monitored monthly from August 2020 to January 2021 with the use of electroresistive geophysics employing the electrical resistivity tomography technique with low-cost equipment for data surveys. Two parallel lines 96 m wide were placed on the longitudinal axis on the dam crest, the spacing between the electrodes was 2 m, which has allowed seven levels of investigation, reaching approximately 7,5 m in depth. As a result, it was possible to see the great influence of rainfall on the measured resistivity values, being very high in the dry months and low in the wet season. In addition, with the aid of internal fluid flow models, it was possible to verify that the system's water percolation behavior is the one expected in a homogeneous dam. The unsaturated surface area increasing as it moves away from the reservoir detected in inversions geophysics by increasing the resistivity in the subsurface from upstream to downstream. Furthermore, the monitoring was able to detect an anomaly of low resistivity positioned close to the surface, interpreted as a piping process caused by possible weakness zones. The construction of a shelter to the adductor pump above the dam crest and the vibrations related to its work might be the reason for the existence weakness zones. The present work demonstrated that even using a limited measuring equipment, it was possible to monitor resistivity variations that may indicate structural problems. It has confirmed that electro-resistive geophysical techniques can greatly contribute to dam monitoring systems since their dimensions range can be useful in interpreting the extent of anomalies punctually measured by conventional instruments.

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  • LUIS ALFONSO ZULUAGA RODRIGUEZ
  • ESTUDOS DOS PARÂMETROS DE PROJETO E TESTE DE FLUIDIZAÇÃO EM BANCADA DE LEITO FLUIDIZADO BORBULHANTE

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MARCELO RISSO ERRERA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • Data: 18/08/2021

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  • O presente trabalho recopila informação geral dos principais parâmetros de operação em BFBG assim como apresenta uma discussão das influências dos principais parâmetros operacionais sobre o gás gerado. Considerando as principais características do processo, se descreveu e analisou o desempenho hidrodinâmico de um novo equipamento de GLFB em escala laboratorial que opera a pressão atmosférica. Para este fim, são apresentados detalhes técnicos da instalação e dos materiais utilizados, posteriormente são realizados testes de fluidização a diferentes temperaturas, visando comparar com os principais modelos matemáticos disponíveis na literatura que descrevem as características físicas do leito. Os testes foram realizados utilizando Óxido de Alumina Electrofundida (High-Alumina) como material do leito e ar como agente de fluidização. Os resultados indicam que ocorre fluidização homogênea com velocidades superiores a 1,7 vezes a velocidade mínima de fluidização. As características físicas das bolhas concordam com os modelos propostos na literatura, e a formação crescimento coalescência e erupção das mesmas se concentra perto das paredes do reator. O aumento da velocidade de fluidização aumenta a coalescência das bolhas, isto origina erupções maiores que podem favorecer a mistura do combustível com o material do leito.


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  • The present work collects general information on the main operating parameters in BFBG and presents a discussion of the influence of the operating parameters on the generated gas. Considering the main process characteristics, was described and analyzed the hydrodynamic performance of a new equipment of BFBG laboratory-scale operating at atmospheric pressure. For this purpose, technical details of the facility and materials used are presented, subsequently, fluidization tests at different temperatures are performed, aiming to compare with the main mathematical models available in the literature that describe the physical characteristics of the bed. The tests were performed using Electrofused Alumina Oxide (High-Alumina) as bed material and air as a fluidizing agent. The results indicate that homogeneous fluidization occurs at velocities greater than 1.7 times the minimum fluidization velocity. The physical characteristics of the bubbles agree with the models proposed in the literature, and the formation, growth, coalescence, and eruption of bubbles are concentrated near the reactor walls. Increasing the fluidization velocity increases the coalescence of the bubbles, this gives rise to larger eruptions that may favor mixing of the fuel with the bed material.

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  • LÍLIAN CARLA FERREIRA FREITAS
  • Sistema produtivo do café Brasileiro destinado à exportação: uma avaliação ambiental e econômica do aproveitamento energético do resíduo de beneficiamento

  • Orientador : MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA FILIPA FERREIRA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 09/09/2021

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  • Considerando as mudanças climáticas do cenário atual mundial, devido ao aumento da temperatura global, somado à necessidade de um equilíbrio social no uso da energia elétrica, reduzindo o número de cidadãos sem acesso a eletricidade, tem-se como uma das soluções, o significativo e crescente uso de fontes renováveis. Como o Brasil é um país de cultura agrícola, as alternativas que façam uso dos resíduos agroindustriais são importantes. Por mais de cem anos o Brasil é o maior produtor mundial de café e, portanto, a utilização de seus resíduos faz-se necessária. Foi realizado um estudo ambiental por meio da avaliação do ciclo de vida do sistema produtivo do café do município de Santa Rosa da Serra (MG), até a sua exportação. O estudo foi divido em três cenários, sendo o cenário 1, o cenário base, em que a casca é descartada ao ar livre; cenário 2, com a utilização desta casca como adubo orgânico e cenário 3, com aproveitamento energético da casca para gaseificação, gerando energia que é utilizada posteriormente em grupo motor-gerador e todos em suas variedades manual e mecanizado. Os inventários foram elaborados para os cenários existentes e foram averiguados os impactos ambientais deste ciclo produtivo com a utilização deste resíduo. A quantidade de energia e potência produzida com a casca de café (energia disponível), para os estados brasileiros de modo geral, resultou em um total de 54.333,9 kW de potência. Foi realizada uma análise econômica e técnica para utilização da casca do café para gaseificação, considerando os 5 municípios que são os maiores produtores de café do Estado de Minas Gerais. Patrocínio é o município que apresenta uma maior potência disponível de 1.040,2 kW. A partir da análise econômica foi verificado que dentre os cinco municípios avaliados (na produção de energia), apenas o município de Patrocínio apresentou um VPL positivo. O LCOE mostra que empreendimentos utilizando a tecnologia de gaseificação com a casca do café, embora seja tecnicamente viável, de acordo com a análise econômica se torna inviável. No estudo ambiental, a categoria de mudanças climáticas foi a mais afetada tanto no estudo de caso 1 (manual e mecanizado), como no estudo de caso 3 (manual e mecanizado), entretanto, fortemente para o estudo de caso 1 mecanizado, o que pode ser explicado pois este manejo utiliza mais maquinário e maior quantidade de insumos para cada tonelada de café produzida.


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  • Considering the climate changes in the current world scenario, due to the increase in global temperature, added to the need for a social balance in the use of electricity, reducing the number of citizens without access to electricity, one of the solutions is the significant and growing use of renewable sources. As Brazil is a country of agricultural culture, alternatives that make use of agro-industrial residues are important. For over a hundred years, Brazil has been the world's largest producer of coffee and, therefore, the use of its residues is necessary. An environmental study was carried out through the evaluation of the life cycle of the coffee production system in the municipality of Santa Rosa da Serra (MG), until its export. The study was divided into three scenarios, scenario 1, the base scenario, in which the bark is discarded outdoors; scenario 2, with the use of this bark as organic fertilizer and scenario 3, with the energy use of the bark for gasification, generating energy that is later used in the motor-generator group and all in its manual and mechanized varieties. The inventories were prepared for the existing scenarios and the environmental impacts of this production cycle with the use of this residue was investigated. The amount of energy and power produced with the coffee husk (available energy), for the Brazilian states in general, resulted in a total of 54,333.9 kW of power. An economic and technical analysis was carried out for the use of coffee husks for gasification, considering the 5 municipalities that are the largest coffee producers in the State of Minas Gerais. Sponsorship is the municipality with the highest available power of 1,040.2 kW. From the economic analysis, it was verified that among the five municipalities evaluated (in energy production), only the municipality of Patrocínio presented a positive NPV. The LCOE shows that projects using the technology of gasification with the coffee husk, although it is technically viable, according to the economic analysis, it become unfeasible. In the environmental study, the climate change category was the most affected both in case of study 1 (manual and mechanized) and in case of study 3 (manual and mechanized), however, strongly for mechanized case study 1, which can be explained because this management uses more machinery and a greater quantity of inputs for each ton of coffee produced.

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  • THIAGO ZAMARIM GAION
  • Modelo Adimensional para Estimativa de Custos de Grupos Geradores de Pequenas Centrais Hidrelétricas

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGNELO MAROTTA CASSULA
  • AUGUSTO NELSON CARVALHO VIANA
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • JAMIL HADDAD
  • Data: 26/11/2021

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  • Estudos de estimativas de custos em Grupos Geradores de Centrais Hidrelétricas possuem grande complexidade devido a diversos fatores a serem analisados, tais como a localização do empreendimento, pois os preços dos insumos de construção, bem como as características físicas onde é concebida uma central, variam conforme a região de implantação
    Além disto, as oscilações do mercado de energia brasileiro, assim como a interferência da economia local e mundial, afetam diretamente os custos de grupos geradores. Portanto, um melhor entendimento do comportamento destes custos minimiza os erros agregados de estimativas que embasam uma melhor tomada de decisão.
    Nesse sentido, o presente trabalho apresenta um modelo de estimativa de custos baseados em informações de custos de diversas pequenas centrais hidrelétricas no Brasil e no mundo, trazendo o conceito de custo tecnológico para a modelagem, o qual representa o custo de fabricação de grupos geradores, eliminando os custos com insumos/commodities.
    O custo tecnológico é o que diferencia os fornecedores, visto o custo de um componente ser composto pela combinação de custos indiretos, custos diretos, custos com tecnologia de produção e custos com insumos, este último com maior relevância para o aço e cobre, para o presente estudo.


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  • Researches in Hydro Power estimation costs are extremely complex because are many parameters that must be analyzed, such as the location of the project, considering the prices of construction inputs, as well the physical characteristics where the Hydro Power is built, changing accord region.
    Besides, the energy market oscillations, as well the local and world economy interference, affect directly the Hydro Power costs, so a better knowledge about the costs behavior minimizes the aggregate errors in the estimative to decision takes.
    In this way, the present study shows a model of estimation cost based on costs’ information of several hydropower plants in Brazil and worldwide analysis, bringing up the technological cost concept to the modeling, representing the generator group manufacturing cost, excluding the commodities costs.
    Technological cost is the difference between group generator’s providers since a cost composition of a component be composed by the combination of direct and indirect costs, technological production costs and commodities costs, the last one in larger relevance to steel and cooper to the present study.

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  • LUIZ GUSTAVO FORTES WESTIN
  • Impacto das medições de descargas líquidas nos projetos de geração hidrelétrica

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA PAULA MONI SILVA
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • LEONARDO DE MELLO HONORIO
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 07/12/2021

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  • A forte pressão ambiental e econômica sobre projetos elétricos verificada atualmente exige que os projetos apresentem-se eficientes. Com participação majoritária na matriz elétrica brasileira, os aproveitamentos hidrelétricos se tornam essenciais no período atual e futuro de transformação energética, com relevante contribuição à segurança hídrica nacional. Visando promover maior eficiência dos projetos hidrelétricos, o presente trabalho propôs uma metodologia simplificada para avaliar o impacto das medições de descargas líquidas nos estudos hidráulicos e hidrológicos e, consequentemente, no projeto e controle operacional de usinas hidrelétricas. Esta metodologia permitiu verificar a contribuição do desenvolvimento de um Veículo Autônomo de Superfície (VAS) para automatizar as campanhas de medições de descargas líquidas, concebido por um projeto de P&D do grupo Neoenergia. Devido a rapidez e segurança viabilizada por esta automação, o equipamento permitirá a ampliação da amostragem de campanhas de campo que compõe a determinação de curvas-chave, inclusive em condições hidrológicas extremas. O estudo fez uso dos dados empregados no projeto da UHE Tabajara, realizando simulações com ausência destas medições fluviométricas, com limitação de amostragem. Calculou-se os desvios dos principais parâmetros hidrológicos empregados no projeto desta hidrelétrica, bem como o impacto nos estudos energéticos que remuneram o ativo, como resultado obteve-se desvios de: 24% no dimensionamento do vertedouro; 19% nas obras de desvio do rio; 8% no cálculo da vazão ecológica, 3,3% na energia firme e até, 3,5 m do dimensionamento do deck da casa de força. Constatou-se a importância da existência do VAS para aumentar a eficiência e a confiabilidade dos projetos quando da aplicação deste equipamento para a aquisição dos dados hidrológicos de base ao desenvolvimento dos estudos e projetos de hidrelétricas e demais obras hidráulicas.


  • Mostrar Abstract
  • The strong environmental and economic pressure on electrical projects currently verified requires projects to be efficient. With a majority share in the Brazilian electricity grid, hydroelectric facilities are essential in the current and future period of energy transformation, with a relevant contribution to national water security. Aiming to contribute to the efficiency of hydroelectric projects, the present work proposed a simplified methodology to assess the impact of liquid discharge measurements on hydraulic and hydrological studies and, consequently, on the design development and operational control of hydroelectric plants. This methodology allowed measuring the
    contribution of the development of an Autonomous Surface Vehicle (VAS) to automate liquid discharge measurement campaigns, conceived by an R&D project of the Neoenergia group. Due to the speed and safety made possible by this automation, the equipment will allow the expansion of the sampling of field campaigns that make up the determination of key curves even in extreme hydrological conditions. This study made use of data used in the project of the Tabajara hydroelectric plant, performing simulations without these fluviometric measurements, with sampling limitation. Deviations from the main hydrological parameters used in the project of this hydroelectric plant were calculated, as well as the impact on the energy studies that remunerate the asset, as a result, deviations of: 24% in the dimensioning of spillway design; 19% diversion works of the river; 8% in the calculation of the ecological flow, 3.3% in the firm output and until, to 3.5 m in the dimensioning of the powerhouse deck sizing. It was noted the importance of the existence of this VAS to increase the efficiency and confiability of the projects by applying this equipment in the acquisition of the hydrological data base to the development of studies and projects of hydroelectric plants and other hydraulic works was verified.

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  • RAFAEL BARBOSA CARREIRA
  • ESTUDO DE RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA EM SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DE BOMBAS FUNCIONANDO COMO TURBINAS. ESTUDO DE CASO: CIDADE DE ELÓI MENDES

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO DAS GRACAS BRAGA DA SILVA
  • FREDERICO FABIO MAUAD
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • THIAGO VAZ DA COSTA
  • Data: 13/12/2021

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  • O aproveitamento do potencial energético presente em sistemas de abastecimento de água através de Bombas Funcionando como Turbinas (BFTs) é uma alternativa que vem apresentando viabilidade técnica e econômica devido ao custo reduzido das bombas utilizadas, porém o baixo potencial energético disponível em cada ponto e a infraestrutura necessária no local pode inviabilizar economicamente a implantação deste sistema. Para facilidade de manutenção, segurança e garantia da pressão estabelecida em normas técnicas, é necessário conter equipamentos como registros, filtro, hidrômetro e Válvula Redutora de Pressão (VRP) em sistema de by-pass contido em caixa de proteção, o que pode levar na elevação do custo de implantação. Desta forma, este trabalho analisou a viabilidade econômica para a instalação da BFT e seus equipamentos anexos, considerando o potencial energético disponível, a infraestrutura presente, o custo de instalação e a geração energética futura para a seção estudada. Esta análise foi realizada através do cálculo do Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Custo Nivelado de Energia – ou Levelized Cost of Electricity (LCOE) – e payback, avaliando três cenários com diferentes níveis de infraestrutura no local. O cenário ideal, que considera a existência de toda infraestrutura, obteve como resultado R$ 7.251,17 de VPL, 21% de TIR, Custo Nivelado de Energia de R$ 0,55/kWh e payback de aproximadamente seis anos, com intervalo de potência de geração de 0,11 kW a 0,32 kW e geração anual de 1.772,81 kWh. O cenário que apresenta apenas a obra civil como infraestrutura existente não apresentou viabilidade econômica, resultando em um prejuízo de R$ 12.653,10, 2% de TIR e Custo Nivelado de Energia de R$ 1,58/kWh. O cenário real, que necessita a instalação de toda infraestrutura, também não apresentou viabilidade de implantação, resultando em um prejuízo de R$ 22.714,19, -1% de TIR e Custo Nivelado de Energia de R$ 2,10/kWh.


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  • The use of the potential energy embedded in water supply systems through Pumps as Turbines (PATs) is an alternative that has been showing technical and economic viability due to the reduced cost of the pumps used. However, the system implementation may become economically unviable due to low potential energy available at each point and the need to project on-site infrastructure. In order to ease of maintenance, safety and guarantee of the pressure established in technical standards it is necessary to contain equipment such as drawer, filter, water meter and Pressure Reducing Valve (PRV) registers in a by-pass system contained in a protection box, which can lead to higher deployment costs. In view of the referenced problems, this paper proposes to analyze the economic feasibility for the installation of BFT and its attached equipment, considering the available potential energy, the present infrastructure, the installation cost and the future energy generation for each section studied. This analysis will be performed by calculating the Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Levelized Cost of Electricity (LCOE) and payback, measuring three scenarios with different infrastructure levels on site. The ideal scenario, that considers the existence of the entire infrastructure, obtained the result of R$ 7,251.17 (NPV), 21% of IRR, R$ 0.55/kWh levelized cost of electricity and approximately payback in six years, with power generation range of 0.11 kW up to 0.32 kW and annual generation of 1,772,81 kWh. The scenario that only presents civil works as existing infrastructure did not present deployment feasibility, resulting in a R$ 12,653.10 demage, 2% of IRR and Leveled Cost os Energy os R$ 1.58/kWh. The real scenario, which depends on the installation of the entire infrastructure, also did not present deployment feasibility, resulting in a R$ 22,714.19 damage, -1% of IRR and R$2.10/kWh Levelized Cost of Electricity (LCOE).

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  • CHRISTIAN JAIR MARTÍNEZ URRUTIA
  • Análise do escoamento em uma turbina hidrocinética tipo Darrieus-H dotada de anteparo à montante

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RUDI HENRI VAN ELS
  • ANTONIO CARLOS BARKETT BOTAN
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • RAMIRO GUSTAVO RAMIREZ CAMACHO
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 13/12/2021

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  • Este trabalho avalia as análises locais do campo de escoamento (2D) em uma turbina hidrocinética de eixo vertical tipo Darrieus-H, por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD, sigla em inglês), considerando a inserção de um anteparo à montante, com o objetivo melhorar a sua curva de desempenho. Este tipo de configuração é de fácil implementação em turbinas hidrocinéticas Darrieus-H existentes, permitindo acelerar e direcionar o escoamento sobre a pá de avanço, criando uma zona de baixa energia à montante da pá de retardo que, por sua vez, funciona como mecanismo de partida do sistema. Este trabalho está dividido em três partes. A primeira fornece um método de predição da curva de desempenho de rotores Darrieus com baixo custo computacional. A segunda parte avalia por meio de CFD, a turbina hidrocinética Darrieus-H projetada por Patel, Eldho, & Prabhu, (2019) em um escoamento livre, também na configuração com placa de bloqueio (também chamada de anteparo), de melhor desempenho analisada pelos supracitados autores, e com a adição de várias geometrias de anteparo sobre a pá de avanço com variação do ângulo inclinação. Por último, é projetada uma turbina com anteparo, semelhante à que obteve maior rendimento para dois pontos localizados sobre o rio San Juan no departamento do Chocó na Colômbia e é avaliada computacionalmente sob as condições do seu escoamento. Como resultado, as análises CFD demostram que é possível aumentar a eficiência obtida com o rotor livre até em ~26% adicionado um anteparo de ângulo reto. No entanto, com crescimento da turbulência gerada pela aceleração de escoamento do rio San Juan e o aumento no tamanho do rotor com anteparo reto previsto para geração neste rio, o ganho no rendimento diminuiu, mostrando que com este tipo de configuração se reduz o ganho de eficiência em valores elevados de números de Reynolds.


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  • This work evaluates the local analyzes of the flow field (2D) in a Darrieus-H vertical axis hydrokinetic turbine, through computational fluid dynamics - CFD, considering the insertion of an upstream blocking plate, in order to improve its performance curve. This type of configuration is easy to implement in existing Darrieus-H hydrokinetic turbines, allowing to accelerate and to direct the flow over the advancing blade, creating a low energy zone upstream of the retarding blade which, in turn, works as a starting mechanism system. This work is divided into three parts. The first provides a method for predicting the performance curve of Darrieus runners with a low computational cost. The second part evaluates through CFD the Darrieus-H hydrokinetic turbine designed by Patel, Eldho, & Prabhu, (2019) in a free flow, also in the blocking plate configuration (also called anteparo) with the best performance analyzed by them, and with the addition of several geometries of blocking plates on the advancing blade with variation of the inclination angle. In third and last part of this work, a turbine with a blocking plate, like the developed one with the highest efficiency, is designed for two points located over the San Juan River in the department of Chocó in Colombia and is computationally evaluated under its flow conditions. As a result, CFD analyzes demonstrate that it is possible to increase the efficiency obtained with the free runner up to ~26% by adding a straight angle blocking plate. However, with the growth of turbulence generated by the flow acceleration of the San Juan River and the increase in the size of the runner with straight blocking plate predicted for generation in this river, the gain in efficiency decreased, showing that in this type of configuration the efficiency gain for high Reynolds number is reduced.

2020
Dissertações
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  • JORGE VLEBERTON BESSA DE ANDRADE
  • Difusão da Geração Distribuída Fotovoltaica no Brasil: explorando a “Espiral da Morte” das Distribuidoras

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • HUGO LAMIN
  • JAMIL HADDAD
  • Data: 13/02/2020

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  • Nas últimas décadas os sistemas energéticos vêm passando por processo de transição, devido às inovações tecnológicas decorrentes da expansão das fontes renováveis, em busca de minimizar a utilização das tecnologias de combustíveis fósseis nos sistemas de energia para uma economia com baixa emissão de carbono. Essa transição exige atenção política e regulatória, e traz desafios aos formuladores de políticas. Uma das principais preocupações diz respeito à rápida difusão da geração distribuída (GD), particularmente a geração distribuída fotovoltaica (GDFV), que pode interferir na sustentabilidade financeira das Distribuidoras de Energia Elétrica (DEEs) e impactar a confiabilidade dos sistemas elétricos. Esta difusão faz com que mais consumidores adotem a GDFV e gerem sua própria energia, fazendo com que as receitas das DEEs diminuam, podendo desencadear a um fenômeno denominado de “espiral da morte” das DEEs. Neste contexto, este estudo tem como objetivo aprimorar um Modelo Baseado em Agente (ABM – Agent-Based Model) para explorar a difusão da GDFV no contexto brasileiro, analisando até que ponto essa difusão poderia reduzir a receita da DEE, desencadeando a espiral da morte, abordando questões referentes à transição energética, sob uma ótica que permita avaliar a situação de forma mais ampla. O modelo mostra que as preocupações com a “espiral da morte” devido à adoção da GDFV, sob as políticas, estrutura tarifária e forma de compensação da energia elétrica no país são relevantes e merecem atenção. Constata-se, de maneira consistente para os cenários e os casos analisados, que a escala de difusão da GDFV é significativa, em termos de oferta de geração de energia elétrica através da energia solar, redução da receita e subsequentes aumentos da tarifa. Contudo, a taxa de adoção ocorre de forma mais suave do que repentina, dando tempo e uma certa flexibilidade para que a DEE e os reguladores se adaptem à difusão desta tecnologia disruptiva. Por fim, os resultados desta pesquisa sugerem que a preocupação com espiral de morte, que recai sobre a DEE através da difusão da GDFV, possui relevada importância, quando não há uma revisão tarifária que leve em consideração a redução do número de consumidores. Isso mostra que os reguladores devem acompanhar a difusão desta tecnologia, a fim de analisar as perdas de receita das DEEs e concentrar seus trabalhos para futuras inovações tarifárias.


  • Mostrar Abstract
  • In the last decades, energy systems have been undergoing a transition process, due to technological innovations resulting from the expansion of renewable sources, seeking to minimize the use of fossil fuel technologies in energy systems for a low carbon economy. This transaction requires political and regulatory attention, and poses challenges to public policy makers. One of the main concerns concerns the rapid diffusion of distributed generation (GD), particularly distributed photovoltaic generation (GDFV), which can interfere in the financial sustainability of Electricity Distributors (DEEs) and impact the reliability of the power systems. This diffusion causes more consumers to adopt PVDG and generate their own energy, causing decrease in revenue of power distribution utilities. That may trigger a phenomenon called “death spiral" of utilities. In this context, this study aims to improve an Agent-Based Model (ABM) to explore the diffusion of PVDG in the Brazilian context analyzing in which extent that diffusion could reduce the utilities revenue, thus triggering the "death spiral". The study also addresses issues related to the energy transition, from a point of view that allows evaluating the situation more broadly. The model shows that concerns about the “death spiral” due to the adoption of PVDG, under the policies, tariff structure and form of compensation for electricity in the country are relevant and deserve attention. It has been found, in a consistent manner for the scenarios and cases analyzed, that the scale of diffusion of PVDG is significant, in terms of supply of electricity generation using solar energy, reduction of revenue and subsequent tariff increases. However, the adoption rate occurs more smoothly than suddenly, giving time and a certain flexibility so that the power distribution utilities and regulators adapt to the diffusion of this disruptive technology. Finally, the results of this research suggest that the concern with the “death spiral”, which falls on the power distribution utilities, through the diffusion of PVDG, has no force, when there is no tariff review that takes into account the reduction in the number of consumers. This shows that regulators must monitor the diffusion of this technology in order to analyze the revenue losses of power distributors and concentrate their work on future tariff innovations.
     
     

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  • NÁGILA LUCIETTI SCHMIDT
  • AVALIAÇÃO DA MEDIÇÃO E VERIFICAÇÃO DE RESULTADOS EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: ESTUDO DE CASO DO PEE.
     
     

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERMANO LAMBERT TORRES
  • JAMIL HADDAD
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 21/02/2020

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  • A eficiência energética é primordial para reduzir o consumo de energia elétrica enquanto mantém o crescimento dos setores. É importante garantir a confiabilidade dos resultados das ações de eficiência energética, e para isso, recomenda-se a adoção de práticas de medição e verificação (M&V) de resultados, baseadas em protocolos de M&V. Nesse contexto, o presente trabalho realizou uma análise das atividades de M&V de projetos implementados no âmbito do Programa de Eficiência Energética da ANEEL, o principal programa de fomento à eficiência energética no país. Considerou-se uma amostra de 172 projetos, envolvendo as tipologias baixa renda, poder público e serviços públicos, que abordaram a eficientização dos usos finais em iluminação, refrigeração, condicionamento de ar e força motriz. Foram avaliados os resultados gerais dos projetos, quanto à energia economizada, demanda retirada da ponta, relação custobenefício (RCB) e investimentos totais efetuados, bem como, as atividades de M&V, quanto às opções de M&V adotadas, os parâmetros medidos e estimados, os períodos de medição, as variáveis independentes, a elaboração de modelos de regressão, os fatores estáticos e efeitos interativos, fronteiras de medição, ajustes à linha de base e considerações sobre a amostragem. Foi possível identificar que os projetos apresentaram resultados satisfatórios, tanto em valores de energia economizada, como em redução de demanda na ponta e RCB, o que demonstra que o PEE é um mecanismo eficaz na promoção da conservação de energia no país. Constatou-se que, quanto maior a complexidade do padrão de consumo de energia elétrica do uso final, maior são os custos dispendidos com M&V. De modo geral, observou-se padrões distintos de M&V, para os mesmos usos finais, sendo realizadas muitas simplificações ao processo, e não considerando parâmetros importantes na maioria dos projetos, como por exemplo, as variáveis independentes e os ajustes à linha de base. Foi observado que não há, de modo geral, uma padronização a respeito dos parâmetros a serem medidos e estimados, nem dos períodos de medição a serem empregados, o qual é heterogêneo dentre os usos finais. De fato, verificou-se que a M&V não é um processo de simples entendimento e execução, o que gera incertezas aos resultados das economias reportadas. A metodologia de análise empregada neste trabalho suscita discussões sobre a confiabilidade dos resultados de economia de energia, os quais são importantes para o progresso da eficiência energética no país, além de permitir identificar as deficiências e propor melhorias.


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  • Energy efficiency is essential to reduce the consumption of electricity while maintaining the growth of the sectors. It is important to ensure the reliability of the results of energy conservation measures, and for that, it is recommended to adopt measurement and verification (M&V) practices of results, based on M&V protocols. In this context, the present work carried out an analysis of the M&V activities of projects implemented under the Energy Efficiency Program of ANEEL, the main program to promote energy efficiency in the country. A sample of 172 projects was considered, involving low-income, public agencies and public services, which addressed the efficiency of end use in lighting, refrigeration, air conditioning, and driving force. The general results of the projects were evaluated, regarding the saved energy, peak demand reduction, benefit- cost ratio (BCR) and total investments, as well as the M&V activities, regarding the M&V options adopted, the measured and estimated parameters, measurement periods, independent variables, the development of regression models, static factors and interactive effects, measurement boundaries, adjustments to the baseline and considerations about sampling. It was possible to identify that the projects presented satisfactory results, both in terms of energy savings, as well as in peak demand reduction and BCR, which demonstrates that the PEE is an effective mechanism in promoting energy conservation in the country. It was found that the greater the complexity of the pattern of electricity consumption for end use, the greater the costs spent on M&V. In general, different M&V patterns were observed, for the same end uses, with many simplifications being made to the process, and not considering important parameters in most projects, such as independent variables and adjustments to the baseline. It was observed that, in general, there is no standardization regarding the parameters to be measured and estimated, or the measurement periods to be used, which is heterogeneous among the end uses. It was found that M&V is not a process of simple understanding and execution, which creates uncertainties in the results of the reported savings. The analysis methodology used in this work raises discussions about the reliability of savings, which are important for the progress of energy efficiency in Brazil, in addition to allowing the identification of deficiencies and proposing improvements.

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  • NELSON CALDERON HENAO
  • Avaliação técnico-econômica de alternativas de acoplamento de microturbinas a gás e gaseificadores de biomassa

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MARCELO RISSO ERRERA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 03/03/2020

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  • Esta dissertação compreende o estudo de viabilidade, técnica e econômica, de um novo sistema de geração de energia elétrica que combina duas tecnologias: microturbinas a gás – Gas Microturbines GMT– e gaseificadores de biomassa –Biomass Gasifiers BG–. É estudada a resposta de uma microturbina a gás com potência nominal de 200 kW sendo alimentada unicamente com gás de síntese; são analisados dois tipos específicos de gaseificador: gaseificador co-corrente (Downdraft Gasifier DG) e gaseificador de leito fluidizado duplo (Dual Fluidized-Bed Gasifier DFBG), ambos operando com uma biomassa de referência (pellets de madeira) e utilizando diferentes agentes de gaseificação (ar, vapor, oxigênio e misturas destes). Finalmente é validado o comportamento, via simulação, de ambas as tecnologias quando acopladas. A potência elétrica entregue varia entre 52,51 kW e 56,73 kW dependendo do tipo de gaseificador e do agente de gaseificação utilizado. A eficiência global do arranjo pode variar entre 4,64 e 11,01%. Do ponto de vista econômico, nenhum dos sistemas tecnicamente passíveis de implementação é viável.


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  • This thesis includes the feasibility study, technical and economical, of a new power generation system that combines two technologies: Gas Microturbines GMT and Biomass Gasifiers. The response of a microturbine to gas with nominal power of 200 kW being fed with synthesis gas is studied; two specific types of gasifier are analyzed: Downdraft Gasifier DG and Dual Fluidized-Bed Gasifier DFBG, both operating with a reference biomass (wood pellets) and using different gasification agents (air, steam, oxygen and mixtures thereof). Finally, the behavior of both technologies when coupled is validated through simulation. The delivered electric power ranges from 52.51 kW to 56.73 kW depending on the type of gasifier and the gasification agent used. The overall efficiency of the arrangement may vary between 4.64 and 11.01%. From the economic assessment, none of the technically possible systems is viable.
     

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  • JOHNSON HERLICH ROSLEE MENSAH
  • Procedimento de Armazenamento de Energia com Usinas Hidrelétricas Reversíveis como Mecanismo Sustentável para Recuperação de Nível de Água em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas de Regularização: Estudo de Caso da UHE Furnas

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • OSWALDO HONORATO DE SOUZA JUNIOR
  • MARIA CLAUDIA COSTA DE OLIVEIRA BOTAN
  • Data: 17/04/2020

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  • Recentemente, as Usinas Hidrelétricas (UHEs) vêm perdendo competitividade perante as fontes renováveis, especificamente a fonte eólica e solar fotovoltaica, devido à crise hídrica registrada no país, que deixou os principais reservatórios do sistema hidrelétrico brasileiro deplecionados e com dificuldades de recuperar os níveis nominais de operação. Porém, essas fontes possuem umas limitações cuja principal delas é a intermitência e, portanto, as formas de armazenamento de energia, com destaque as Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHRs), podem ajudar a mitigar essa intermitência, permitindo assim um fornecimento energético de forma constante e ininterrupto. Neste contexto, o presente trabalho propõe estudar o uso de uma UHR, concatenada com fontes renováveis solar e/ou eólica como mecanismo de recuperação do nível de água do reservatório da UHE de Furnas. Para tanto, realizou-se inicialmente um pré-dimensionamento da UHR optando-se por instalar uma capacidade de 423 MW, seguido do pré-dimensionamento dos parques solar e eólico, após determinação dos possíveis locais onde esses parques apresentam maior potencial energético. Cálculos energéticos realizados mostraram que a energia que poderia ser gerada pela UHR diariamente foi de 1692 MWh/dia, equivalente a 617,58 GWh/ano. Porém, para armazenar essa quantidade energética, seria necessário o consumo de 2729 MWh/dia, havendo um saldo energético negativo de 1037 MWh a ser compensado pelo parque eólico e/ou solar fotovoltaico diariamente. Com esse mecanismo, seria possível recuperar o nível do reservatório na ordem de 0,45 metro anualmente. Por fim, fez-se um estudo de análise sobre a viabilidade do empreendimento para um período de 30 anos, considerando-se três cenários diferentes e empregando os métodos VPL (Valor Presente Líquido) e LCOE (Levelized Cost of Electricity), resultando na inviabilidade do empreendimento em todos os cenários estudados.

     


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  • Recently, Hydroelectric Plants (HPPs) have been losing competitiveness in relation to renewable sources, specifically the wind and solar photovoltaic source, due to the water crisis registered in the country, which left the main reservoirs of the Brazilian hydroelectric system depleted and with difficulties in recovering nominal levels of operation. However, these sources have some limitations, the main one of which is intermittency and, therefore, the forms of energy storage, especially the Reversible Hydroelectric Plants (RHPs), can help mitigate this intermittency, thus allowing a constant and uninterrupted. In this context, the present work proposes to study the use of an RHP, concatenated with renewable solar and / or wind sources as a mechanism for recovering the water level of the reservoir of the Furnas HPP. To this end, a pre-dimensioning of the HRP was initially carried out, opting to install a capacity of 423 MW, followed by the pre-dimensioning of the solar and wind farms, after determining the possible locations where these farms have the greatest energy potential. Energy calculations carried out showed that the energy that could be generated by the RHP daily was 1692 MWh /day, equivalent to 617.58 GWh/year. However, to store this energy quantity, it would be necessary to consume 2729 MWh /day, with a negative energy balance of 1037 MWh to be offset by the wind and / or solar park daily. With this mechanism, it would be possible to recover the level of the reservoir in the order of 0.45 meters in the year. Finally, an analysis study was carried out on the feasibility of the project for a period of 30 years, considering three different scenarios and using the methods NPV (Net Present Value) and LCOE (Levelized Cost of Electricity), resulting in the project not being viable in all scenarios. studied.

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  • VERÔNICA DANTAS BEZERRA
  • USO DA ENERGIA PARA O DESENVOLVIMENTO RURAL: UM ESTUDO DE CASO SOBRE O USO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO ESTADO DO CEARÁ

     

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ROBERTO ROCHA
  • HERMÍNIO MIGUEL DE OLIVEIRA FILHO
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 30/04/2020

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  • No Brasil, o abastecimento de energia elétrica é considerado um serviço essencial que todos os cidadãos têm direito. Historicamente, quando se investiga o processo de eletrificação no país é possível identificar que os maiores índices de exclusão elétrica são característicos da zona rural, visto que, o setor energético nacional, durante décadas, priorizou a produção centralizada de energia elétrica para o atendimento das grandes concentrações de consumo. Com o objetivo de universalizar esse serviço, diversas políticas foram desenvolvidas como estratégias para permitir que o acesso para essas regiões tenha viabilidade técnica e econômica. Nesse sentido, as fontes alternativas de energia, em especial a energia solar fotovoltaica, têm sido consideradas, cada vez mais, uma opção viável que contribui no desenvolvimento da zona rural, seja por proporcionar acesso à energia elétrica em residências ou como uma fonte de energia complementar a ser utilizada em atividades econômicas praticadas na região. No entanto, ainda é possível identificar diversos desafios que impedem a fonte de ser um dos itens importantes para o progresso rural. Nesse sentido, o presente estudo tem o objetivo de identificar algumas barreiras e benefícios do uso da tecnologia aplicada ao meio rural do estado do Ceará. A metodologia é baseada em pesquisa qualitativa e quantitativa, visto que, trouxe uma abordagem bibliográfica, levantamento de dados, por meio de formulários, e estudo de caso. Como resultados, verificou-se que o Ceará apresenta inúmeras potencialidades (recurso solar, institucionais, produtivas) para uso da fonte na zona rural, no entanto, algumas barreiras determinam os baixos índices de adoção da tecnologia. As dificuldades enfrentadas são consequência do aspecto econômico, falta de planejamento, a não observância das características e necessidades do público alvo, falta de conhecimento e diálogo entre os atores, entre outras, e implicam em falhas na instalação, operação e sustentabilidade dos sistemas.


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  • In Brazil, electricity supply is considered an essential service that all citizens are entitled to. Historically, when investigating the electrification process in the country, it is possible to identify that the highest rates of electrical exclusion are characteristic of the rural area, since, for decades, the national energy sector has prioritized the centralized production of electricity to serve the large consumption concentrations. In order to universalize this service, several policies have been developed as strategies to allow access to these regions to have technical and economic viability. In this sense, alternative energy sources, in particular photovoltaic solar energy, have increasingly been considered a viable option that contributes to the development of the rural area, either by providing access to electricity in homes or as a source of energy supplement to be used in economic activities practiced in the region. However, it is still possible to identify several challenges that prevent the source from being one of the important items for rural progress. In this sense, the present study aims to identify some barriers and benefits from the use of technology applied to rural areas in the state of Ceará. The methodology is based on qualitative and quantitative research, since it brought a bibliographic approach, data collection, through forms, and a case study. As a result, it was found that Ceará has numerous potentials (solar, institutional, productive resources) for using the source in the rural area. However, some barriers determine the low rates of technology adoption. The difficulties faced are a consequence of the economic aspect, lack of planning, non-observance of the characteristics and needs of the target audience, lack of knowledge and dialogue between the actors, among others, and imply failures in the installation, operation and sustainability of the systems.
     

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  • CLAUDIO LINDENBERG DE FREITAS
  • ANÁLISE DE SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA REAL NO SUL DE MINAS GERAIS COM O USO DE SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA – SIG

     

  • Orientador : FERNANDO DAS GRACAS BRAGA DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO DAS GRACAS BRAGA DA SILVA
  • FREDERICO FABIO MAUAD
  • SAMARA CALCADO DE AZEVEDO
  • Data: 12/05/2020

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  • A busca pela eficiência nos sistemas de abastecimento de água mostra que as perdas de água que ocorrem na rede de distribuição, principalmente devido aos vazamentos por excesso de pressão, são elevadas e necessitam de estudos e soluções para o melhor uso dos recursos hídricos e energéticos. O uso de ferramentas computacionais para simulação de cenários e visualização do funcionamento da rede contribui para os estudos da rede. Este estudo tem como objetivo analisar o comportamento de uma rede de distribuição de água real situada em região montanhosa no sul de Minas Gerais, com ênfase na eficiência hidro energética, através de um Sistema de Informação Geográfica (SIG). As análises comparativas de cenários de pressões atuantes na rede de distribuição realizadas em ambiente SIG permitem uma visualização espacial do comportamento das variáveis envolvidas na operação da rede que podem ser utilizadas para a eficiência do sistema. Os resultados demonstram a importância das análises em busca da eficiência do sistema, levando-se em consideração a implantação do projeto, o controle de pressões na rede e a demanda futura do sistema. Foi possível identificar soluções no sistema, garantindo a melhoria de indicadores de gestão, o planejamento de infraestrutura, a redução de perdas de água tratada e a eficiência hidro energética.


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  • The search for efficiency in water distribution network (WDN) shows that the water losses along the distribution network, mainly due to leaks related to excess of pressure, are high and require studies and solutions for the best use of water and energy resources. The use of computational tools for simulating scenarios and visualizing the network operation of the network contributes to evaluate the network performance. This study aims to analyze the behavior of a real water distribution network located in a mountainous region in southern Minas Gerais, with an emphasis on hydro-energy efficiency using a Geographic Information System (GIS).The comparative analyzes of different pressure scenarios acting on the distribution network carried out in a GIS environment allow a spatial view of the behavior of the variables involved in the operation of the network that can be used for the efficiency of the system. The results of this study demonstrate the importance of the analyzes in search for efficiency improvement in the system, considering the control of pressures in the network and the future demand of the system. It was possible to identify solutions in the system, ensuring the improvement of management indicators, infrastructure planning, reduction of losses of treated water and hydro-energy efficiency.

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  • YORK CASTILLO SANTIAGO
  • Modelagem computacional do processo de gaseificação de borra de petróleo visando à geração de energia elétrica utilizando o software Aspen Plus™

     

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • EDGARDO OLIVARES GOMEZ
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 25/05/2020

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  • O presente trabalho estuda o processo de gaseificação de borra de petróleo oriundas do processo de refinação e armazenamento de petróleo, por meio de uma modelagem computacional que considera o equilíbrio químico e que cujo objetivo é avaliar a produção de gás de gaseificação e seu potencial uso para a geração de eletricidade. Para tal, foram considerados quatro cenários para a conversão termoquímica da borra, os quais se diferenciam pelo agente de gaseificação (AG) utilizado, sendo ar para o cenário 1 (C1), oxigênio para o cenário 2 (C2), mistura ar/vapor para o cenário 3 (C3) e mistura oxigênio/vapor para o (C4).
    Os resultados mostraram que a composição do gás de gaseificação teve o mesmo comportamento para os C1, C2 e C3, sendo que as frações molares de CO e H2 aumentaram com o incremento da razão de equivalência (RE) até atingir um valor máximo e posteriormente diminuíram. No caso do C4, para todos os valores de razão vapor/borra (VB) analisados o H2 diminuiu, o CO manteve-se constante e o CH4 foi quase zero para toda a faixa de RE estudada. Para uma faixa de RE entre 0,25 e 0,45, a produção específica do gás de gaseificação aumentou de 0,81 a 1,15 Nm3/kg borra para o C1, de 0,59 a 0,67 de Nm3/kg borra para o C2 e para as misturas com vapor (C3 e C4) as maiores produções específica do gás foram obtidas para a razão VB de 1,5. Por outro lado, o PCI diminuiu quando a RE aumentou de 0,25 a 0,45, passando de 5,69 a 3,44 MJ/Nm3 para o C1, para o C2 a mudança foi de 8,64 a 6,81 MJ/Nm3, no C3 variou de 4,79 a 3,17 MJ/Nm3 e para o C4 passou de 6,97 a 5,98 MJ/Nm3 (VB=0,5).
    Os gases de gaseificação produzidos nos quatro cenários foram alimentados a três acionadores primários (motor de combustão interna, microturbina a gás e ciclo Rankine) visando à geração de energia elétrica. O motor de combustão interna foi o que produziu maiores potências elétricas, sendo possível obter potências na faixa entre 335 e 183 kW quando foi utilizado o gás produzido no C4 com uma VB de 0,5, enquanto que a microturbina a gás tem maiores requerimentos técnicos para ser acionada com gás de gaseificação. Com base nas propriedades do gás de gaseificação, constata-se que a gaseificação da borra de
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    petróleo poderia ser uma alternativa viável para o tratamento e aproveitamento energético desse resíduo.


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  • The present work studies the gasification process of oily sludge from the refining and storage petroleum process, through a computer modeling that considers the chemical equilibrium and whose objective is to evaluate the production of producer gas and its potential use for electricity generation. For this purpose, four scenarios were considered for the thermochemical conversion of oily sludge, which differs in the gasification agent used, being air for scenario 1 (C1), oxygen for scenario 2 (C2), air/steam mixture for scenario 3 (C3) and oxygen/steam mixture for (C4).
    The results showed that the composition of the producer gas had the same behavior for C1, C2, and C3, with the molar fractions of CO and H2 increasing with the increase of equivalence ratio (ER) until reaching a maximum value and then decreased. In the case of C4 for all steam to oily sludge ratio (SOR) values analyzed, H2 decreased, CO remained constant and CH4 was almost zero for the whole range of RE studied. For a range of ER between 0.25 and 0.45, the producer gas yield increased from 0.81 to 1.15 Nm3/kg oily sludge for C1, from 0.59 to 0.67 Nm3/kg oily sludge for C2 and for mixtures with steam (C3 and C4) the highest yields were obtained for the SOR of 1.5. Meanwhile, the lower heating value (LHV) decreased when the ER increased from 0.25 to 0.45, from 5.69 to 3.44 MJ/Nm3 for C1, for C2 the change was from 8.64 to 6.81 MJ/Nm3, in C3 varied from 4.79 to 3.17 MJ/Nm3 and for C4 from 6.97 to 5.98 MJ/Nm3 (SOR=0.5).
    The producer gases obtained in the four scenarios were fed to three prime movers (internal combustion engine, gas microturbine, and steam cycle) for electric generation. The internal combustion engine was the one that produced the highest electric power, being possible to obtain powers in the range between 335 and 183 kW when the producer gas obtained in the C4 with a SOR of 0.5 was used, while the gas microturbine has higher technical requirements to be operated with producer gas. Based on the properties of the producer gas, it is verified that oily sludge gasification could be a viable alternative for the treatment and energetic use of this residue.

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  • NATALIA DE SOUZA RIBEIRO
  • ESTUDO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE BIOGÁS DE ATERROS SANITÁRIOS E DA DIGESTÃO ANAERÓBIA DA FRAÇÃO ORGÂNICA DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DOS ESTADOS DE SÃO PAULO E MINAS GERAIS

     

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • KATIA SAKIHAMA VENTURA
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • Data: 14/07/2020

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  • O gerenciamento de resíduos sólidos é um dos grandes desafios enfrentados pela sociedade moderna. A digestão anaeróbia tem ganhado destaque no tratamento dos resíduos sólidos urbanos, pois o biogás produzido durante o processo pode ser utilizado para a produção de energia elétrica, além de contribuir na redução dos impactos ambientais relativos à emissão de gases de efeito estufa. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o potencial do aproveitamento energético do biogás de resíduos sólidos urbanos dos estados de São Paulo e Minas Gerais em dois sistemas, considerando como tecnologias aterros sanitários e digestores anaeróbios, e por fim uma análise da viabilidade econômica destes empreendimentos por auxílio de um algoritmo desenvolvido em Scilab® por Silva et al. (2019) com base em literatura e metodologia existente. Desta forma, foram levantados os aterros sanitários em operação no estado de São Paulo e os consórcios de aterros existentes em Minas Gerais. Em seguida realizou-se projeções referentes ao crescimento da população, geração de resíduos durante 20 anos (2020 a 2040) para se definir o potencial para a produção de energia elétrica nestes empreendimentos e por último fez-se uma análise da viabilidade econômica destes projetos considerando a venda da energia excedente em Leilão de Energia e também fez-se uma análise considerando o sistema de compensação na Geração Distribuída. Os resultados energéticos foram positivos, visto que para São Paulo a potência ótima estimada foi de 139 MW e para Minas Gerais foi de 11,7MW, para o uso do biogás de aterro sanitários. Quanto ao uso de biodigestores anaeróbios, a potência estimada para São Paulo foi 130 MW na situação A e 160 MW na situação B, quanto a Minas Gerais, a potência estimada foi de 15 MW na situação A e 17 MW na situação B. Os resultados econômicos mostraram-se favoráveis para uma parcela considerável dos empreendimentos, em especial ao sistema aterro sanitário. O cenário considerando o sistema de compensação de energia foi o que apresentou os melhores resultados, O que demonstra a importância do mercado de geração distribuída para empreendimentos de geração de energia a partir de resíduos sólidos urbanos.
    Palavras Chaves:


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  • The management of municipal solid waste is one of the biggest challenges faced by modern society. Anaerobic digestion has gained prominence in the treatment of municipal solid waste, as the biogas produced during the process can be used for the production of electric energy, also, contributes to the reduction of environmental impacts related to emission of greenhouse gases. In this context, the present work aims to evaluate the potential to generate energy from biogas of municipal solid waste in the states of São Paulo and Minas Gerais in two systems, landfill technologies and anaerobic digesters, and finally an analysis of the economic viability of these enterprises using an algorithm developed in Scilab® by Silva et al. (2019) based on existing literature and methodology. Thus, landfills in operation in the state of São Paulo and municipal solid waste consortia in Minas Gerais were surveyed. Then projections were made regarding population growth, generation of waste for 20 years (2020 to 2040) to define the potential for the production of electricity in these projects and finally an analysis of the economic viability of these projects was made considering the sale of surplus energy in an Energy Auction and an analysis was also made considering the compensation system in Distributed Generation. The energy results were positive, since for São Paulo the estimated optimal power was 139 MW and for Minas Gerais it was 11,7 MW, for the use of landfill biogas. As for the use of anaerobic digesters, the estimated power for São Paulo was 130 MW in situation A and 160 MW in situation B, for Minas Gerais, the estimated power was 15 MW in situation A and 17 MW in situation B. The economic results were attractive for a substantial number of projects, especially the landfill system. The scenario considering the energy compensation system was the one that presented the best results, which demonstrates the importance of the distributed generation market for energy generation projects from municipal solid waste.

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  • JOÃO SÍLVIO SEMOLINI OLIM
  • Cenários prospectivos para o mercado de petróleo no Brasil: Impacto do Pré-Sal e do choque na demanda em 2020

     

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERMANO LAMBERT TORRES
  • JAMIL HADDAD
  • LUIZ AUGUSTO HORTA NOGUEIRA
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 24/08/2020

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  • Este trabalho mostra diferentes cenários para a produção de petróleo no Pré-Sal brasileiro e
    seus impactos no mercado nacional de petróleo. Para as análises retrospectivas, dois cenários
    alternativos mostram o quão importante a produção de petróleo do Pré-Sal tem sido na última
    década. Para as análises prospectivas, este trabalho delimita um envelope para os resultados
    do Pré-Sal na próxima década com base em cinco cenários com diferentes combinações de
    fatores quantitativos (demanda, produção e preço do petróleo), bem como fatores qualitativos
    (restrições ambientais e regulatórias), em um ambiente pós-pandemia. Petróleo é o principal
    recurso energético nacional, tanto em termos de produção como em termos de consumo. O
    Pré-Sal já é responsável pela maioria da produção nacional, e por praticamente toda a
    expansão de produção prevista para a próxima década. Considerado desde seu descobrimento
    como uma das províncias petrolíferas mais promissoras do mundo, o Pré-Sal brasileiro
    enfrentou inicialmente restrições regulatórias que atrasaram seu desenvolvimento na primeira
    metade da década passada. Mesmo com o progresso no campo regulatório visto nos últimos
    anos, a exploração do Pré-Sal ainda terá de enfrentar muitos desafios devido ao choque de
    demanda ocorrido em 2020, da recessão econômica e da crise no setor de petróleo e gás,
    consequências da pandemia do Covid-19. Ainda assim, os resultados deste trabalho mostram
    que, para a próxima década, a produção nacional de petróleo deverá superar a demanda. O
    excedente de produção deve garantir o saldo positivo na balança comercial do petróleo e de
    seus derivados, mesmo no pior dos cenários, e mesmo com os impactos da crise póspandemia.
    Palavras-chave: Pré-Sal Brasileiro, mercado de petróleo, cenários, planejamento
    energético, pandemia, Covid-19


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  • This study explores different scenarios for the Brazilian Pre-Salt oil production and its associated impact in the Brazilian petroleum market. For the retrospective analysis, two alternative scenarios show how important oil production from the Pre-Salt reservoirs was in the last decade. For the prospective analysis, this study outlines an envelope for the Brazilian Pre-Salt results in the next ten years based on five scenarios with different combinations of quantitative factors (oil production, oil demand, and oil price), as well as qualitative factors (regulatory and environmental restrictions), in the post-pandemic environment. Oil is the main energy resource for both production and consumption matrices in Brazil. The Brazilian Pre-Salt reservoirs are already responsible for most of the national oil production and nearly all the oil production expansion forecasted for the next decade. Considered since its discovery one of the most promising oil provinces in the world, the Brazilian Pre-Salt faced some regulatory restrictions that delayed its development in the first half of the last decade. Despite regulation improvements made lately, its exploration will face further challenges due to the oil market crisis and economic recession caused by the Covid-19 pandemic. However, the results of the study show that, for the period between 2020 and 2029, oil production will remain higher than oil demand. The excess of oil production shall guarantee trade balance surplus for oil and oil derivatives, even in the worst-case scenario, despite initial restrictions and the possible effect of the post-pandemic crisis

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  • FILIPE FERREIRA DE OLIVEIRA LEITE
  • Alternativas Tecnológicas de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos para o Estado de Minas Gerais no Contexto da Economia Circular

  • Orientador : JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDEMAR MARTÍNEZ GONZÁLEZ
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MARCELO MODESTO DA SILVA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 01/09/2020

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  • Nota-se no mundo uma tendência de mudança de um sistema de economia linear para uma economia circular, que promova a recirculação de produtos em um sistema restaurativo capaz de reduzir a necessidade de extração de novas matérias-primas. Assim, a economia circular permitiria minimizar problemas ambientais provenientes da disposição inadequada de resíduos e, ainda, os relacionados a escassez de recursos. Nota-se no Brasil um crescimento na geração de resíduos sólidos urbanos que deve ser mantida nos próximos anos, o que permitiria a implementação de tecnologias de recuperação energética de resíduos (WtE). No entanto, ainda há pouco conhecimento nos diferentes estados do Brasil acerca dos benefícios energéticos, econômicos e ambientais que podem ser alcançados com a implementação de tecnologias WtE na gestão de resíduos. Neste sentido, o presente trabalho realiza um estudo para o estado de Minas Gerais, o segundo mais populoso do Brasil, onde são avaliadas alternativas tecnológicas para o tratamento e recuperação energética de resíduos sólidos urbanos em um contexto de economia circular. Diferentes tecnologias que utilizam as rotas termoquímicas e bioquímicas foram avaliadas sobre o aspecto energético e econômico a fim de determinar sua viabilidade técnica e econômica em função da população dos munícipios do estado. As diferentes alternativas de tratamento foram avaliadas sob o conceito de economia circular e em termos emissões evitadas. Por fim, foi avaliada a possibilidade de formação de consórcios entre municípios. Constatou-se que em um cenário onde fossem utilizadas as alternativas viáveis economicamente e de maior geração de energia elétrica em cada faixa populacional estudada, poderiam ser gerados um total de 2.869.666 MWh ao ano e uma redução de 84% na disposição final de resíduos em aterro. Com a suposição de aplicação de consórcios em todo o estado, foi estimada uma geração elétrica de 6.651.349 MWh ao ano e uma redução de 82% na disposição de resíduos em aterro. Com a formação de consórcios seria possível viabilizar a aplicação da incineração associada à digestão anaeróbia em mais áreas do estado, o que possibilitaria um aumento no potencial para geração elétrica. Dentre as alternativas avaliadas, obteve-se um maior nível de emissões evitadas com o uso da compostagem associada a reciclagem. Pode-se constatar a importância de maiores taxas de reciclagem para adequação a economia circular e, assim, obter maiores benefícios de ordem ambiental.


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  • A worldwide trend exists with the aim of changing from a linear economic system to a circular economy, which would promote the recirculation of products in a restorative system that is capable of reducing the need for new raw material extraction. Thus, the circular economy would allow minimization of environmental problems arising from the inadequate disposal of waste and of those related to the scarcity of resources. In Brazil, an increase in the generation of solid urban waste is occurring and will be maintained in the coming years, which should provide the impetus for allowing implementation of waste energy recovery technologies (WtE). However, minimal knowledge in the different states of Brazil about the energy, economic, and environmental benefits that can be achieved with the implementation of WtE technologies in waste management still exists. In this sense, the present work involved a study in the state of Minas Gerais, the second most populous one in Brazil, in which technological alternatives were evaluated for the treatment and energy recovery of urban solid waste in a circular economic context. Different technologies that use thermochemical and biochemical routes were evaluated with respect to energetic and economic aspects in order to determine their technical and economic viability according to the population of the state’s municipalities. The different treatment alternatives were evaluated under the concept of a circular economy and in terms of avoided emissions. Finally, the possibility of forming consortia among municipalities was evaluated. Find out if a scenario in which it is used as economic alternatives and with greater generation of electricity in each population group studied, it is possible to generate a total of 2,869,666 MWh per year and a reduction of 84% in the final selection of consumption in landfill. With an assumption of application of consortia across the state, an electrical generation of 6,651,349 MWh per year was estimated and an 82% reduction in the landfill waste reserve. With the formation of consortia, it would be possible to implement an incineration application associated with anaerobic digestion in more areas of the state, or that would allow an increase without potential for electrical generation. Among the available alternatives, select a maximum avoided level with the use of the composition associated with recycling. It can be seen the importance of higher recycling rates to adapt to the circular economy and, thus, obtain greater environmental benefits.

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  • PATRICIA CRISTINA DOS PASSOS SILVA
  • IMPACTO DOS ENCARGOS SETORIAIS E TRIBUTOS NA TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERMANO LAMBERT TORRES
  • JAMIL HADDAD
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 28/09/2020

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  • Através dos anos o setor elétrico passou por diversas alterações. Dentre elas, a participação do governo no setor foi uma das mais relevantes mudanças ocorridas, onde o governo sai do papel de proprietário para desenvolver outro mais voltado para os aspectos regulatórios. Quanto a questão tarifária relativa à energia elétrica, ela é afetada diretamente por encargos setoriais criados por lei federal e com definição de valores por resoluções da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL e por tributos federal e estadual. Essa tarifa sofre, ao longo dos anos, mudança de valor em função das definições dos encargos e alterações dos mesmos, além da mudança da legislação tributária que em muitos casos aumentam a alíquota dos tributos. Com o objetivo de mostrar como os encargos setoriais e os tributos impactam no valor da tarifa de energia elétrica, foram analisados como eles podem afetar a tarifa para os consumidores no Ambiente de Contratação Regulada – ACR. Para o desenvolvimento deste trabalho foram coletados diversos dados quanto a receita faturada de fornecimento de energia elétrica em âmbito nacional, com tributos e sem tributos, relativamente ao ACR. Também é analisada a participação das distribuidoras de energia elétrica nesta receita, divididas pelas regiões brasileiras na qual opera. Foi considerada a evolução da tarifa média e comparada com a influência de índices econômicos. Em relação aos encargos setoriais e tributos que incidem no valor da tarifa, foi analisado esse impacto no decorrer dos anos e quanto isso afeta o preço final da energia para os consumidores neste ambiente de contratação. Como estudo de caso, mais específico, foram utilizadas informações de uma distribuidora de energia elétrica com grande atuação no mercado, demonstrando a sua receita, tributos incidentes sobre ela e os encargos setoriais, visando analisar o impacto gerado e que são pagos pelo consumidor final. Assim, pôde-se o impacto causado pelos encargos setoriais e pelos tributos na fatura de fornecimento de energia elétrica no ACR (no caso específico de um consumidor residencial em Minas Gerais). Constatou-se que uma significativa proporção desta fatura é composta por encargos setoriais e também pelo PIS, COFINS e ICMS (tributos que incidem sobre o fornecimento de energia elétrica). De fato, o consumidor analisado paga aproximadamente 50% da sua fatura na forma de tributos e encargos setoriais, que possuem finalidades específicas como de garantir energia de reserva, dar suporte financeiro para as atividades da ANEEL e ONS, investimentos em Pesquisa e Desenvolvimento em termos de energia elétrica e em Programa de Eficiência Energética para o país, dentre outras.


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  • Over the years, the electric sector has gone through many changes. Among these changes, and the most relevant change is that of the government’s participation in the sector, going from proprietary role into one that is focused more on regulatory aspects. The tariffs relative to electric energy have been directly affected by charges created by the federal government as defined by resolutions from the National Electric Energy Agency – ANEEL, as well as federal and state taxes. This tariff has undergone changes to its value over the years due to the definitions to the charges and their changes, as well as changes to tax legislation where in many cases the tax rates were raised. The manner in which they can affect consumer rates with the Regulated Contracting Environment (ACR) was analyzed with the objective to show how sector charges and taxes impact electric energy tariffs. To develop this work, a diverse set of data was collected on billable revenues from electric energy supply on a national scope, with and without taxes, relative to the ACR. Electric energy distributors participation with this revenue was also analyzed by dividing them into the geographical regions in Brazil they operate. The evolution of the average tariff was considered and compared to the influence of economic indexes. This impact was analyzed along the years with regards to the sectorial charges and taxes with concern to the value of the tariffs, and how this affects the final price for energy for consumers in this contracting environment. With a more specific case study, information from an electric energy distributor, who has operated greatly in the market, was used. This includes information such as samples from its revenue, incidental taxes on said revenue and sectorial tariffs, having the aim of analyzing the impact it caused and paid by the final consumer. Thus, one can see how sectorial charges and taxes impact the final consumer’s bill for electric power in the ACR (in this specific case a residential consumer in the state of Minas Gerais, Brazil). It was found that a significant portion of this bill is comprised of sectorial tariffs, as well as PIS, COFINS and ICMS (taxes on the supply of electric energy). In fact, of their bill, the consumer who was analyzed pays approximately 50% in sectorial taxes and tariffs designated for specific purposes such as: the guarantee of an electric energy reserve; provide financial support for activities by ANEEL and ONS; investment in Research and Development on electric energy; and the Energy Efficiency Program in the country, among others.

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  • ALINE BHERING TRINDADE
  • Análise comparativa de diferentes metodologias de alocação na ACV por meio de métodos tradicionais e métodos termoeconômicos

  • Orientador : JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • REYNALDO PALACIOS BERECHE
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • DIMAS JOSÉ RÚA OROZCO
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • Data: 08/10/2020

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  • Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma metodologia que permite a quantificação de potenciais impactos ambientais e sociais de produtos, processos ou atividades ao fornecer os indicadores que permitem a avaliação da sustentabilidade. Estudos que utilizam a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) são muito eficazes para avaliação de muitos sistemas de conversão de energia. Entretanto, ao analisar sistemas multiprodutos a alocação de recursos e resíduos apresenta uma dificuldade. Essa adversidade pode ser solucionada através de abordagens termoeconômicas. Essas abordagens são bem conhecidas pela alocação racional de recursos e, portanto, podem ser uma combinação ideal para realizar estudos ACV nesse tipo de sistemas complexos. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi realizar uma análise comparativa entre os métodos tradicionais, recomendados pela norma ISO 14000, e termoeconômicos na ACV de um sistema de cogeração composto por uma microturbina a gás e um sistema de refrigeração por absorção brometo de lítio-água. Primeiramente foram calculadas as emissões totais do sistema, e depois foi realizada a alocação dos recursos. Esta alocação foi atingida de três maneiras: alocação tradicional, alocação termoeconômica, e alocação pela análise exergoambiental. Para realizar as duas últimas alocações foram calculados os custos exergéticos considerando a Estrutura Física a e a Estrutura Produtiva foram avaliadas duas configurações diferentes de estrutura produtiva e foram avaliados quatro modelos diferentes de desagregação de exergia. Com o resultado dos custos exergéticos, foram calculados os impactos ambientais (custos ambientais) por meio da alocação termoeconômica e da análise exergoambiental. Depois, os impactos ambientais (custos ambientais) encontrados por meio da ACV com as alocações que utilizam a termoeconomia foram comparados com aqueles obtidos pela ACV com alocação tradicional (energética e exergética). Assim, foi constado que há pouca precisão nos resultados obtidos pela alocação energética e a alocação que usa a termoeconomia com o modelo E (que define insumo e produto utilizando apenas o fluxo exergético), por causa do elevado custo ambiental do frio. Isso se dá pelo fato desses modelos possuírem metodologias simples que não abrangem sistemas com muitos elementos dissipativos. Foi constatado também que não há diferença utilizar uma alocação exergética ou alocação que use a termoeconômia caso o sistema não tenha muitos componentes dissipativos, como a válvula, ou que não necessite de muita precisão nos resultados, uma vez que ambos realizam os mesmos cálculos com pouquíssimas modificações. Conclui-se que é necessário realizar uma alocação de recursos de uma ACV através da termoeconomia com um nível maior de desagregação apenas em sistemas energéticos com muitos elementos dissipativos, como condensadores e válvulas. E para este tipo de alocação que considera a termoeconomia é possível utilizar tanto a alocação termoeconômica quanto a análise exergoambiental.


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  • Life Cycle Assessment (LCA) is a methodology that allows the quantification of potential environmental and social impacts of products, processes or activities by providing the indicators that allow the assessment of sustainability. Studies using Life Cycle Assessment (LCA) are highly effective for assessing many energy conversion systems. However, when analyzing multi-product systems, the allocation of resources and waste presents a difficulty. This adversity can be solved through thermoeconomic approaches. These approaches are well known for their rational allocation of resources and, therefore, can be an ideal combination to carry out LCA studies in this type of complex systems. Thus, the objective of the present work was to carry out a comparative analysis between the traditional methods, recommended by the ISO 14000 standard, and thermoeconomic in the LCA of a cogeneration system composed of a gas microturbine and a lithium Water. First, the total emissions of the system were calculated, and then the allocation of resources was carried out. This allocation was achieved in three ways: traditional allocation, thermoeconomic allocation, and allocation through exergoenvironmental analysis. In order to carry out the last two allocations, exergetic costs were calculated considering the Physical Structure a and the Productive Structure of the production flows (with the two different ways of making the production structure and using four different exergy breakdown models). With the result of exergetic costs, the environmental impacts (environmental costs) were calculated by means of the thermo-economic allocation and ex-environmental analysis. Then the environmental impacts (environmental costs) found through LCA with allocations that use thermoeconomics were compared with those obtained by LCA with traditional allocation (energetic and exergetic). Thus, it was found that there is little precision in the results obtained by the energy allocation and the allocation that uses the thermoeconomics with the E model (which defines input and product using only the exergetic flow), because of the high environmental cost of the cold. This is because these models have simple methodologies that do not cover systems with many dissipative elements. It was also found that there is no difference in using an exergetic allocation or an allocation that uses thermoeconomics if the system does not have many dissipative components, such as the valve, or does not require much precision in the results, since both perform the same calculations with very few modifications. We conclude that it is necessary to allocate resources from a LCA through thermoeconomics with a higher level of disaggregation only in energy systems with many dissipative elements, such as condensers and valves. And for this type of allocation that considers thermoeconomics, it is possible to use both thermoeconomic allocation and exergoenvironmental analysis.

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  • ALUÍZIO ASSINI FERNANDES
  • Desenvolvimento de um Sistema Heliotermoelétrico de Efeito Seebeck

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADHIMAR FLAVIO OLIVEIRA
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MARCIA REGINA BALDISSERA RODRIGUES
  • TEOFILO MIGUEL DE SOUZA
  • Data: 02/12/2020

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  • O trabalho proposto nesta dissertação mostra os procedimentos para dimensionamento, construção e testes de um conversor de energia que combina a tecnologia heliotérmica concentrada (CSP) associado a refrigeradores termoelétricos (TEC) de forma a converter a energia térmica em energia elétrica de maneira direta seguindo o princípio de Seebeck sem a necessidade de equipamentos convencionais de transformação de energia elétrica tais como turbinas e geradores elétricos convencionais. O uso de refrigeradores termoelétricos (TEC) para converter energia térmica oriunda dos raios solares concentrados em energia elétrica ainda é pouco explorado, o que torna este trabalho pioneiro, abrindo uma nova linha de pesquisa em sistemas de conversão solares de energia. . Para os testes foram construídos dois protótipo testados em campo. A relação de eficiência apresentada entre os dois sistemas de concentração solar, dimensionados, construídos e testados pelo autor, mostraram-se promissores visto que os resultados obtidos em testes de bancada resultaram satisfatórios, o que permitiu verificar a viabilidade operacional do sistema proposto.


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  • The work proposed in this dissertation shows the procedures for dimensioning, construction and testing of an energy converter that combines concentrated heliothermic technology (CSP) associated with thermoelectric coolers (TEC) in order to convert thermal energy into electrical energy directly following the Seebeck principle without the need for conventional electrical energy transformation equipment such as conventional electric turbines and generators. The use of thermoelectric coolers (TEC) to convert thermal energy from concentrated sunlight into electrical energy is still little explored, making this work a pioneer, opening a new line of research in solar energy conversion systems. . For testing, two field-tested prototypes were built. The efficiency ratio presented between the two solar concentration systems, designed, built and tested by the author, proved to be promising since the results obtained in bench tests were satisfactory, which allowed to verify the operational viability of the proposed system.

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  • TAÍS ELIANE MARQUES
  • Avaliação Técnica e Ambiental da Gaseificação do Combustível Derivado de Resíduos Sólidos Urbanos

  • Orientador : MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANA FILIPA FERREIRA
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • MARCELO JOSE PIRANI
  • Data: 16/12/2020

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  • Considerando a importância do estudo dos atuais sistemas de gestão ambiental de resíduos sólidos urbanos (RSU) e dos efeitos das diferentes estratégias de gerenciamento dos mesmos para o meio ambiente, este trabalho se propõe a realizar uma avalição técnica e ambiental do processo de geração de eletricidade por gaseificação do combustível derivado de resíduos (CDR) em uma planta piloto, instalada no município de Itajubá, Estado de Minas Gerais. Para a simulação do processo de gaseificação do combustível de referência (briquetes de CDR) foram considerados dois cenários, sendo o primeiro cenário utilizando o ar 21% O2 - 79% N2 como agente de gaseificação e o segundo cenário considerando uma mistura de ar enriquecido com oxigênio 60% O2 - 40% N2. Os resultados da gaseificação do CDR utilizando ar e razão de equivalência (RE) que corresponde ao valor da relação ar combustível real utilizado durante o processo, dividido pela relação ar combustível estequiométrico de 0,20 a 0,30 indicaram um valor máximo de PCI igual a 5,8 MJ/Nm³ obtido com uma RE=0,30. Não foram considerados outros intervalos devido às especificações requeridas para a composição do gás. Já para a gaseificação com mistura de ar enriquecido com oxigênio obteve-se um PCI de 8MJ/Nm³ para RE=0,30. Para a validação da qualidade do gás para a produção de energia elétrica foram utilizadas duas tecnologias, um conjunto gaseificador integrado a uma Microturbina a Gás (CGMTG) e posteriormente uma nova análise foi efetuada em uma nova configuração utilizando gaseificador e Motor de Combustão Interna Alternativo (CGMCIA). O CGMCIA apresentou maior potência elétrica (101,4 kW) para RE=0,30 com ar enriquecido com oxigênio como agente de gaseificação. Para o CGMTG a potência máxima produzida foi 79,6 kW para a RE=0,30. Para a avaliação dos cenários gaseificação e produção de eletricidade sob o ponto de vista ambiental foi utilizada a metodologia de Avaliação de Ciclo de vida (ACV) com emprego do software SimaPro para a avaliação dos impactos ambientais do sistema energético. Para a avaliação dos impactos ambientais utilizou-se o método de avalição de impacto ReCiPe presente na base de dados do SimaPro. Os impactos ambientais determinados pelo método ReCiPe Midpoint indicaram que as emissões de poluentes decorrentes da queima de combustível fóssil na etapa de transporte por veículos de carga pesada e o consumo de eletricidade para acionamento de equipamentos na etapa de pré-tratamento de RSU são os maiores contribuintes dos impactos ambientais, principalmente para as categorias de impacto Toxicidade humana, Ecotoxicidade marinha e de água doce e Esgotamento de combustíveis fósseis. A etapa de produção de energia elétrica considerando os dois acionadores apresentou impactos ambientais positivos para todas as categorias de impacto analisadas. Os resultados obtidos da ACV apontaram que para o estudo de caso estabelecido, a tecnologia integrada gaseificação e Motor de Combustão Interna Alternativo (cenário CGMCIA) apresentou melhor desempenho ambiental e operacional para a produção de eletricidade a partir da utilização de gás de gaseificação originado de CDR e poderia ser uma opção viável para o gerenciamento adequado dos resíduos e o seu aproveitamento energético nos pequenos municípios brasileiros.


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  • Considering the importance of studying the current environmental solid waste management systems (MSW) and the effects of different management strategies for the environment, this work aims to carry out a technical and environmental assessment of the electricity generation process from gasification of fuel derived from waste (RDF) in a pilot plant installed in the municipality of Itajubá, State of Minas Gerais. For the simulation of the gasification process of the reference fuel (RDF briquettes) two scenarios were considered, the first scenario using air 21% O2 - 79% N2 as a gasification agent and the second scenario considering a mixture of air enriched with oxygen 60% O2 - 40% N2. The results of RDF gasification using air and equivalence ratio (ER) which corresponds to the value of the actual fuel air ratio used during the process, divided by the stoichiometric fuel air ratio from 0.20 to 0.30 indicated a maximum value of LHV equal to 5.8 MJ / Nm³ for air obtained with an ER = 0.30. For gasification with a mixture of air enriched with oxygen, an LHV of 8MJ / Nm³ was obtained for ER = 0.30. No other ranges were considered due to the specifications required for the gas composition. In order to assess the scenario of alternative electricity generation with the produced gas, a gasifier set integrated with a Gas Microturbine (SGGM) was analyzed. Subsequently, a new analysis was carried out in a new configuration using gasifier and alternative internal combustion engine (SGAICE). SGAICE showed greater electrical power (101, 4 kW) for ER = 0.30 with air enriched with oxygen as a gasification agent. For SGGM the maximum power produced was 79.6 kW for the RE = 0.30. To assess the gasification and electricity production scenarios from the environmental point of view, the Life Cycle Assessment (LCA) methodology was used with the use of the SimaPro software to assess the environmental impacts of the energy system. For the assessment of environmental impacts, the ReCiPe impact assessment method used in the SimaPro database was used. The environmental impacts determined by the ReCiPe midpoint method indicated that the pollutant emissions resulting from the burning of fossil fuel in the transport stage by heavy cargo vehicles and the consumption of electricity to drive equipment in the MSW pretreatment stage are the major contributors of environmental impacts, mainly for the impact categories Human toxicity, marine and freshwater ecotoxicity and depletion of fossil fuels. The stage of production of electric energy considering the two drivers presented positive environmental impacts for all the impact categories analyzed. The results obtained from the LCA pointed out that for the established case study, the integrated gasification technology and Alternative Internal Combustion Engine (SGAICE scenario) presented better environmental and operational performance for the production of electricity from the use of gasification gas originating from RDF and it could be a viable option for the proper management of waste and its energy use in small Brazilian municipalities.

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  • DIEGO IGNACIO NIETO MOGOLLÓN
  • Avaliação comparativa do ciclo de vida do biodiesel de óleo de palma a partir de dois genótipos, Elaeis Guineensis Jacq. vs Híbrido Interespecífico, estudo de caso na Colômbia: impactos ambientais e balanço energético

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDEMAR MARTÍNEZ GONZÁLEZ
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 18/12/2020

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  • O óleo de palma bruto (OCP) é o maior óleo vegetal produzido no mundo. Em 2019, a produção de OCP foi de 72,3 milhões de toneladas por ano (35,45% da massa total do óleo vegetal produzido no mundo), seguida da soja com 56,8 milhões de toneladas por ano e do óleo de colza com 27,5 milhões de toneladas por ano. Contudo, nos últimos anos, devido à presença de doenças, as plantações do híbrido interespecífico O×G, um cruzamento entre a palma americana e a palma africana, aumentaram substancialmente na América Latina por causa de sua tolerância à doença de Amarelamento Fatal causada pela Phytophthora palmivora. Em razão disso, o objetivo chave desta pesquisa foi avaliar e comparar o balanço energético e a cadeia de produção de biodiesel a partir dos genótipos de palma E. guineensis Jacq. e Híbrido Interespecífico(OxG), para a situação agroindustrial atual na Colômbia. Para tais fins, foi realizada um analise energética e indicadores de desempenho de 1ª lei da termodinâmica foram calculados para determinar o modo em que a energia é aproveitada em cada processo, assim como o potencial de aproveitamento da energia da palma por hectare. Logo, foi realizada uma análise comparativa do tipo “cradle-to-gate” para verificar o desempenho ambiental dos genótipos em questão. A unidade funcional foi definida como 1.0 MJ de energia produzida, e os impactos foram modeladas usando o pacote de software SimaPro v.8.0.3 (Pré Consultants) e quantificados usando o método Impact 2002 +. Os resultados obtidos da analise termodinâmica expõem uma redução de 6.2% na eficiência global do sistema, se comparado com o biodiesel oriundo do E. guineensis Jacq., no entanto, o potencial de melhora que possui a produção de biocombustíveis a partir do genótipo Híbrido Interespecífico(OxG), especificamente na etapa de extração do óleo, pela atual ineficiência existente nos subsistemas mecânicos (esterilização, separação, prensado, trituração, etc.) é de mais do 4% na produtividade energética por hectare. As emissões de CO2eq do ciclo de vida do biodiesel com base na fruta tradicional foi de 12,5 g MJBD-1, sem contar o sequestro de carbono. Em comparação, as emissões de CO2eq de biodiesel produzido pela fruta hibrida foi de 13,8 g MJBD-1. Por tais fatos os indicadores de eficiência do ciclo de vida do biodiesel produzido pela fruta hibrida apresentaram valores menores ao do biodiesel convencional, reduções de 26.9% e 19.7% no NERTotal e FER, respetivamente. Porém, se comparado com a produção biodiesel de outros pesquisas de palma observa-se um melhor aproveitamento energético de até 1.2 unidades energéticas, assim como uma maior renovabilidade de até 3 unidades energéticas. Por conseguinte, este artículo conclui que o genótipo Híbrido Interespecífico(OxG) possui um potencial latente à produção de energia, combustíveis e alimentos, com baixos impactos ambientais.


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  • Crude Palm Oil (OCP) is the largest vegetable oil produced in the world. In 2019, OCP production was 72.3 million tons per year (35.45% of the mass of total vegetable oil produced in the world), followed by soybeans with 56.8 million tons per year, and rapeseed oil with 27.5 million tons per year. However, in recent years, due to the presence of diseases, plantations of the Híbrido InterespecíficoO×G, a cross between the American palm and the African palm, increased substantially in Latin America because of its tolerance to the bud rot disease caused by Phytophthora palmivora. As a result, the key objective of this research was to evaluate and compare the energy balance and the biodiesel production chain from the E. guineensis Jacq palm genotypes and Híbrido Interespecífico(OxG), or the current agro-industrial situation in Colombia. For such purposes, an energy analysis was carried out and performance indicators of the 1st law of thermodynamics were calculated to determine the way in which energy is used in each process, as well as the potential for using palm energy per hectare. Therefore, a comparative “cradle-to-gate” analysis was carried out to verify the environmental performance of the genotypes in question. The functional unit was defined as 1.0 MJ of energy produced, and the impacts were modeled using the software package SimaPro v.8.0.3 (Pre Consultants) and quantified using the Impact 2002 + method. The results obtained from the thermodynamic analysis show a 6.2% reduction in the overall efficiency of the system, when compared with the biodiesel from E. guineensis Jacq., Nonetheless, the potential for improvement that biofuels production has from the Híbrido Interespecífico(OxG) genotype, specifically in the oil extraction stage, due to the current inefficiency existing in the mechanical subsystems (sterilization, separation, pressing, crushing, etc.) it is more than 4% in energy productivity per hectare. CO2eq emissions from the biodiesel life cycle based on traditional fruit was 12.5 g MJBD-1, not counting carbon sequestration. In comparison, the CO2eq emissions of biodiesel produced by the hybrid fruit was 13.8 g MJBD-1 . For these facts, the efficiency indicators of the life cycle of biodiesel produced by hybrid fruit showed lower values than those of conventional biodiesel, reductions of 26.9% and 19.7% in NERTotal and FER, respectively. Nevertheless, when compared with the biodiesel production of other palm researches, a better energy use of up to 1.2 energy units is observed, as well as a greater renewability of up to 3 energy units. Thus, this article concludes that the Híbrido Interespecífico(OxG) genotype has a latent potential for the production of energy, fuels and food, with low environmental impact.

2019
Dissertações
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  • PAULO ANTONIO DE SOUZA JUNIOR
  • FRENAGEM DINÂMICA E REGENERATIVA DA MÁQUINA DE CORRENTE CONTINUA

  • Orientador : VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • HELCIO FRANCISCO VILLA NOVA
  • ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • DELVIO FRANCO BERNARDES
  • Data: 26/02/2019

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  • Neste trabalho, é efetuada a modelagem das frenagens dinâmica e regenerativa da máquina de corrente contínua, excitação independente com o auxílio da resolução da equação diferencial linear resultante da modelagem destes processos frenantes.
    É utilizada a segunda Lei de Newton que relaciona o torque frenante para obtenção da velocidade decrescente resultante deste processo dinâmico de frenagem.
    Na frenagem dinâmica da máquina de corrente contínua utilizada neste trabalho, a energia cinética é dissipada no banco de resistências, ao passo que na frenagem regenerativa, parte desta energia cinética é devolvida para rede.
    Nos casos das frenagens regenerativa e dinâmica, o equacionamento do processo frenante será efetuado para a determinação do tempo de parada do motor, em função da corrente limite, previamente ajustada, no caso da frenagem regenerativa e da resistência inserida no circuito da armadura, para o caso da frenagem dinâmica.
    Assim, o tempo de frenagem será obtido analiticamente, para comparação deste tempo com aquele obtido experimentalmente. Desta maneira, as modelagens efetuadas poderão ser avaliadas e comprovadas.


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  • Neste trabalho, é efetuada a modelagem das frenagens dinâmica e regenerativa da máquina de corrente contínua, excitação independente com o auxílio da resolução da equação diferencial linear resultante da modelagem destes processos frenantes.
    É utilizada a segunda Lei de Newton que relaciona o torque frenante para obtenção da velocidade decrescente resultante deste processo dinâmico de frenagem.
    Na frenagem dinâmica da máquina de corrente contínua utilizada neste trabalho, a energia cinética é dissipada no banco de resistências, ao passo que na frenagem regenerativa, parte desta energia cinética é devolvida para rede.
    Nos casos das frenagens regenerativa e dinâmica, o equacionamento do processo frenante será efetuado para a determinação do tempo de parada do motor, em função da corrente limite, previamente ajustada, no caso da frenagem regenerativa e da resistência inserida no circuito da armadura, para o caso da frenagem dinâmica.
    Assim, o tempo de frenagem será obtido analiticamente, para comparação deste tempo com aquele obtido experimentalmente. Desta maneira, as modelagens efetuadas poderão ser avaliadas e comprovadas.

2
  • LAYS CAMILA DE SOUSA
  • UMA AVALIAÇÃO HOLÍSTICA DE ASPECTOS TECNOLÓGICOS E AMBIENTAIS DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL DE DIFERENTES MATÉRIAS-PRIMAS NO BRASIL

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • EDGAR FERNANDO CASTILLO MONROY
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • SILVIO DE OLIVEIRA JUNIOR
  • Data: 15/05/2019

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  • Considerando a importância da produção de biodiesel no Brasil, principalmente, com o aumento da mistura obrigatória do biodiesel ao diesel, o presente trabalho visa à comparação da produção do biodiesel a partir de duas matérias-primas disponíveis no país, através das três rotas de produção distintas. A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi a metodologia utilizada para este estudo abrangendo as etapas de obtenção da matéria-prima até a produção do biodiesel, uma abordagem denominada “Cradle to Gate”. Foram determinados 6 cenários, a partir das matérias-primas de soja e palma por meio de 3 rotas tecnológicas: transesterificação homogênea, transesterificação heterogênea e transesterificação enzimática. Foi estabelecida uma unidade funcional de 1 MJ, utilizando o software SimaPro 7.0 ® e o método de avaliação dos impactos ambientais adotado foi o IMPACT 2002+. Foi calculado um indicador para caracterizar a renovabilidade do biodiesel, além disso, o método Cumulative Energy Demand foi utilizado para cálculo da eficiência energética do ciclo de vida (LCEE) do biodiesel. Todos os cenários apresentam eficiência energética e apresentam valores positivos indicando renovavilidade do biocombustível. O cenário da transesterificação heterogênea do óleo de palma tem o melhor desempenho para ambos os indicadores. Dentre as matérias primas os resultados indicaram a soja com maiores impactos ambientais. Para o biodiesel de soja as etapas com maiores contribuições são a etapa de cultivo devido as maiores emissões em função do consumo de fertilizantes e combustíveis fósseis e a etapa de extração do óleo pelo uso de solvente químico. Para a palma destacam-se as etapas de cultivo e a transesterificação principalmente pela produção e uso de vapor.  A transesterificação homogênea apresentou maiores impactos em 09 das 15 categorias de impactos ambientais avaliadas, bem como em 3 das 4 categorias de danos ambientais.  A produção do biodiesel via transesterificação heterogênea a partir do óleo de palma apresentou o melhor desempenho.
     
     


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  • Considering the importance of biodiesel production in Brazil, especially with the increase of the obligatory biodiesel blending to diesel, this work aims at comparing the production of biodiesel from two raw materials available in the country, through the three production routes different. The Life Cycle Assessment (LCA) was the methodology used for this study covering the stages of obtaining the raw material until the production of biodiesel, an approach called "Cradle to Gate". Six scenarios were determined from soybean and palm raw materials using three technological routes: homogeneous transesterification, heterogeneous transesterification and enzymatic transesterification. A functional unit of 1 MJ was established using the software SimaPro 7.0 ® and the method of evaluation of the environmental impacts adopted was IMPACT 2002+. An indicator was calculated to characterize the biodiesel renewal, in addition, the Cumulative Energy Demand method was used to calculate the energy efficiency of the biodiesel life cycle (LCEE). All scenarios are energy efficient and have positive values indicating biofuel renewal. The scenario of the heterogeneous transesterification of palm oil has the best performance for both indicators. Among the raw materials, the results indicated soybean with greater environmental impacts. For soybean biodiesel the stages with the greatest contribution are the cultivation stage due to the higher emissions due to the consumption of fertilizers and fossil fuels and the stage of extraction of the oil by the use of chemical solvent. For the palm the stages of cultivation and transesterification are highlighted, mainly by the production and use of steam. Homogeneous transesterification had the greatest impact in 9 of the 15 categories of environmental impacts evaluated, as well as in 3 of the 4 categories of   environmental damages. The production of biodiesel via heterogeneous transesterification from palm oil presented the best performance.
     
     

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  • HENRIQUE BORTONE NEVES
  • Projeto de um gaseificador de bancada de leito fluidizado borbulhante para biomassa

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • FELIPE ORLANDO CENTENO GONZÁLEZ
  • Data: 29/05/2019

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  • Este estudo apresenta uma metodologia de projeto de um gaseificador de leito fluidizado borbulhante e sua aplicação no projeto de um equipamento construído e instalado na Universidade Federal de Itajubá, utilizando-se como biomassa o bagaço da cana-de-açúcar e direcionado para a produção de biocombustível através do processo de Fisher-Tropsch. A metodologia é dividida em duas partes: a Análise Termodinâmica e a Análise Hidrodinâmica. Para a Análise Termodinâmica, foi utilizado o Modelo de Equilíbrio Termodinâmico, que é responsável pela a previsibilidade do processo de gaseificação; e na Análise Hidrodinâmica, são analisadas as condições de fluidização. Através da junção destas análises é possível obter a geometria adequada do reator. O primeiro parâmetro geométrico a ser obtido é o diâmetro do leito, e para a determinação da altura do reator, divide-se este elemento em duas regiões para análise: a região do leito e a região do freeboard. Na aplicação descrita, foi previsto para a operação: vazão mássica de bagaço de cana-de-açúcar de 10 kg/h (base seca), ER de 0,3 e S/B de 0,6. Com isso, foi obtido um gaseificador de 0,32 m de diâmetro e 0,36 m de altura com relação à região do leito; para a região do freeboard, foi introduzido uma região cônica que resultou em 0,27 m de altura e um ângulo de abertura de 5°, e para a região cilíndrica 0,36 m de diâmetro e 1,54 m de altura – o que resultou na altura total de 2,17 m.


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  • This study presents a methodology for the design of a bubbling fluidized bed gasifier and its application in the design of an equipment built and installed at the Federal University of Itajubá, using as biomass the bagasse of sugarcane and directed to the production of biofuel via the Fisher-Tropsch process. The methodology is divided into two parts: the Thermodynamic Analysis and the Hydrodynamic Analysis. For Thermodynamic Analysis, the Thermodynamic Equilibrium Model that is responsible for the predictability of the gasification process was used. In the Hydrodynamic Analysis, the fluidization conditions are analyzed. By combining these analyses, it is possible to obtain the proper geometry of the reactor. The first geometric parameter to be obtained is the diameter of the bed. In order to determine the height of the reactor, this element is divided into two regions for analysis: the bed region and the freeboard region. In the described application, the following was foreseen for the operation: mass flow rate of sugarcane bagasse of 10 kg/h (dry basis), ER of 0.3 and S/B of 0.6. With this, a gasifier of 0.32 m in diameter and 0,36 m in height with respect to the bed region was obtained; for the freeboard region, a conical region was introduced that resulted in 0.27 m height and an opening angle of 5 °, and for the cylindrical region 0.36 m in diameter and 1,54 m in height - which resulted in a total height of 2.17 m.

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  • DANIELLE RODRIGUES RAIMUNDO
  • Análise ambiental de projeto de armazenamento de energia via Usina Hidrelétrica Reversível

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CELIO BERMANN
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MARIA CLAUDIA COSTA DE OLIVEIRA BOTAN
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 31/05/2019

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  • O crescimento das fontes renováveis de energia, como a eólica e a solar, consideradas como fontes intermitentes, tem levantado a questão do armazenamento de energia, como forma de garantir a confiabilidade do sistema energético e atender à demanda crescente dos diversos países pelo mundo. Dentre as formas de armazenamento de energia, as Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHRs) vem ganhando destaque por sua maturidade tecnológica e grande capacidade de atendimento à demanda nos horários de ponta. O objetivo deste trabalho é elaborar um check-list dos impactos ambientais das UHRs e desenvolver uma metodologia quantitativa para avaliar esses impactos. Para tanto, fez-se uma revisão bibliográfica na literatura nacional e internacional, listando todos os impactos ambientais decorrentes das UHRs, nos meios físico, biótico, antrópico e legislativo. Num primeiro momento, com essa lista de impactos, elaborou-se um questionário, aplicado nos alunos de pós-graduação em Engenharia de Energia da UNIFEI, onde foram atribuídos pesos para cada impacto. Num segundo momento, os mesmos alunos avaliaram os mesmos impactos, atribuindo-lhes notas de 0 a 1, porém dentro do contexto do estudo de caso de Curuá-Una. Ao final, as notas foram compiladas com seus respectivos pesos e obteve-se a nota média para a UHR proposta pelo estudo de caso. Os resultados mostraram que o meio biótico seria o meio mais afetado, e que existe a necessidade de análises mais aprofundadas dos impactos positivos e negativos do empreendimento, a fim de justificar sua implantação.


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  • The growth of renewable sources of energy, considered as intermittent sources, has raised the issue of energy storage as a way to guarantee the reliability of the energy system and to meet the growing demand of the various countries around the world. Among the forms of energy storage, Pumped Hydropower Energy Storage (PHES) have been gaining prominence due to their technological maturity and great capacity to meet demand at peak times. The objective of this work is to prepare a checklist of the environmental impacts of PHES and to develop a quantitative methodology to evaluate these impacts. For this, a bibliographic review was done in the national and international literature, listing all the environmental impacts resulting from the PHES, in the physical, biotic, anthropic and legislative environments. At first, with this impacts’ list, a questionnaire was developed, applied to postgraduate students in Energy Engineering at UNIFEI, where weights were assigned for each impact. Secondly, the same students evaluated the same impacts, assigning grades from 0 to 1, but within the context of the Curuá-Una case study. At the end, the notes were compiled with their respective weights and the average grade for the PHES proposed by the case study was obtained. The results showed that the biotic environment would be the most affected, and that there is a need for deeper analysis of the positive and negative impacts of the enterprise, in order to justify its implementation.

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  • THAIS ABRAHIM CHAVES
  • AVALIAÇÃO DO IMPACTO NAS PERDAS ELÉTRICAS DO SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL DADA A PRESENÇA DE USINAS HIDRELÉTRICAS DE PEQUENO PORTE NOS SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

  • Orientador : JAMIL HADDAD
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAMIL HADDAD
  • JOSE WANDERLEY MARANGON LIMA
  • MAURICIO CAMPOS PASSARO
  • SERGIO VALDIR BAJAY
  • Data: 05/07/2019

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  • No presente estudo é analisado o impacto nas perdas elétricas do Sistema Interligado Nacional dada a geração de Pequenas Centrais Hidrelétricas e Centrais Geradoras Hidrelétricas conectadas diretamente a sistemas de distribuição. Para a análise, foi considerada uma amostra de noventa e uma usinas hidrelétricas de pequeno porte, localizadas em áreas do SIN pertencentes ao subsistema Sudeste/Centro-Oeste. Utilizando como base a geração prevista do sistema interligado nacional para o ano de 2019, estabelecida no Plano de Ampliações e Reforços ciclo 2018-2020/21, foram estabelecidos dois cenários de geração para as centrais hidrelétricas de pequeno porte. Os cenários consistem em, basicamente: 1) o SIN não dispõe da geração de energia elétrica a partir dessas usinas e; 2) as centrais de geração estão operando a certo nível de suas respectivas potências instaladas, definido a partir da geração prevista no PAR. Os cenários foram estabelecidos para os patamares de carga leve e pesada dos períodos seco e úmido de 2019. As perdas foram mensuradas para ambos os cenários de geração, de cada condição de carga dos cenários de hidraulicidade do ano, a partir de simulações em estudo de fluxo de potência. Obtidas as perdas em cada cenário e, a partir da comparação dos resultados, foi encontrado o impacto nas perdas elétricas do sistema interligado nacional e das áreas onde estão localizados os empreendimentos de geração hidrelétrica. Para o SIN, a geração das PCHs e CGHs contribuiu para a redução das perdas, no entanto, para as áreas, a depender do cenário de hidraulicidade e do patamar de carga, houve contribuição para a redução e para o aumento.


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  • In the present study the impact on the electrical losses of the National Interconnected System is analyzed given the generation of Small Hydropower Plants and Hydroelectric Generating Plants connected directly to distribution systems. For the analysis, a sample of ninety-one small hydroelectric plants, located in SIN areas belonging to the Southeast / Center-West subsystem, was considered. Based on the expected generation of the national interconnected system for the year 2019, established in the Plan of Expansions and Reinforcements cycle 2018-2020 / 21, two generation scenarios were established for small hydroelectric power stations. The scenarios consist basically of: 1) the SIN does not have the generation of electric power from these plants and; 2) generation plants are operating at a certain level of their respective installed power, defined as from generation provided for in the RAP. The scenarios were established for the light and heavy load levels of the dry and wet periods of 2019. The losses were measured for both generation scenarios, of each load condition of the year's hydraulicity scenarios, based on simulations under study power flow. The losses were obtained in each scenario and, based on the comparison of the results, the impact was found on the electrical losses of the national interconnected system and the areas where the hydroelectric generation projects are located. For the SIN, the generation of SHPs and CGHs contributed to the reduction of losses, however, for the areas, depending on the hydraulicity scenario and the load level, there was a contribution to the reduction and to the increase.

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  • PAULO ALBERTO VIANA VIEIRA
  • ENERGY STORAGE SIZING IN PV GENERATION SYSTEMS USING THE CONTI-VARLET METHOD AND DISUTILITY OPTIMIZATION

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTURO SUMAN BRETAS
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • SERGIO VALDIR BAJAY
  • Data: 10/07/2019

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  • Hoje em dia, com a transição do combustível fóssil convencional baseado na geração centralizada de energia para as energias renováveis distribuídas está aumentando rapidamente, devido a preocupações ambientais e incentivos políticos. A geração de energia eólica e solar oferece eletricidade neutra em dióxido de carbono, mas também apresenta algumas dificuldades de integração para os operadores e planejadores de sistemas de energia, devido à intermitência da geração. Uma forma promissora de mitigar a intermitência das energias renováveis é o armazenamento de energia. Muitos tipos de tecnologias de armazenamento estão sendo desenvolvidos e estudados. Portanto, sistemas de armazenamento de energia baseados em baterias, são implementados principalmente em aplicações residenciais. As baterias permitem que maiores quantidades de geração de eletricidade renovável sejam integradas, mitigando a intermitência da energia gerada pelo deslocamento de tempo para acompanhar a demanda e aumentar as capacidades de armazenamento através do peak-shaving. Os problemas relacionados à qualidade de energia, devido à intermitência podem ser atenuados controlando os perfis de carga do armazenamento para atender as variáveis da rede. Para uma utilização e capacidade ótima de armazenamento, várias aplicações devem estar dentro da especificação operacional da unidade armazenadora. Outras aplicações, incluindo arbitragem, investimento na rede e load following, são discutidas também. Desta forma, esta dissertação propõe um estudo e uma nova abordagem do método de Conti-Varlet ou STM (Stretch Thread Method), uma poderosa técnica baseada em gráficos usada para regularização parcial de fluxo de usinas hidrelétricas para fornecer serviços auxiliares de regularização, considerando bateria como sistema de armazenamento de energia (BESS). A proposta é manter a potência mais estável e constante possível, mitigando a intermitência da geração fotovoltaica. Análise de um ano é realizado para cada capacidade de BESS, variando de 10% a 90%. Custo para cada cenário de regularização e um valor ótimo de BESS são apresentados para reduzir a disutility. A mudança dos custos de consumo é definida como disutility.


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  • Nowadays, the transition from conventional fossil fuel based on centralized energy generation to distributed renewables is increasing rapidly due to environmental concerns and political incentives. Wind and solar power generation offer carbon dioxide neutral electricity but also present some integration difficulties for energy system operators and planners due to intermittent power output. A promising way of dealing with the intermittency from renewables is energy storage. Many types of energy storage have been under development and study. Therefore, a battery energy storage system has been implemented mainly in residential applications to utility power grids. Battery energy storage can allow higher amounts of renewable electricity generation to be integrated by smoothing power output and time shifting generated energy to follow demand and increase hosting capacities through peak shaving. Power quality related issues due to intermittency can be mitigated by controlling the storage’s charging patterns to respond to grid variables. For optimal utilization and maximum storage value, several applications should be within the operational repertoire of the storage unit. Other applications, including arbitrage, grid investment deferral, and load following, are additionally discussed. This thesis proposes a study and analysis of the Conti-Varlet approach or stretched-thread method (STM), a powerful graphical-based technique used to partial flow regularization for hydropower plants to provide auxiliary service regularization considering a battery energy storage system (BESS). The proposal is to keep the power more stable and constant as possible, mitigating the PV intermittence. A one-year analysis is performed for each BESS size, ranging from 10% to 90%. A cost for each scenario and an optimal BESS is presented to reduce the disutility. The changing of the consumption costs is defined as disutility.

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  • ADILSON FRANCISCO DOS SANTOS
  • SUSTENTABILIDADE ENERGÉTICA NAS ESCOLAS: ESTUDO DE CASO EM ITAJUBÁ - MG

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • RODOLFO ESMARADY ROCHA DOS SANTOS
  • Data: 12/07/2019

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  • Nos últimos cinquenta anos a temática sustentabilidade passou a fazer parte integrante do debate e ser o centro das atenções da comunidade internacional, em resposta e como um alerta ao homem por sua atitude consumista e desenfreada, que para o atendimento de suas demandas e vaidades acaba por negligenciar as leis da natureza, esquecendo-se que os recursos naturais não possuem a capacidade de recomposição na mesma velocidade daquela do consumo. Dessa forma usa-se energia e água sem racionalidade, no consumismo acelerado e na negligência de seu descarte, está criando para si e gerações futuras um passivo de resíduos variados, cuja destinação já enfrenta sérios problemas tanto da existência de áreas apropriadas e disponíveis até a segurança das mesmas no sentido de se evitar a contaminação pelo descarte incorreto de substâncias. Esta dissertação teve por objetivo apresentar como o uso racional e eficiente de água e energia e a destinação correta dos resíduos sólidos podem ser utilizados como ferramenta para a implementação da sustentabilidade ambiental nas escolas estaduais de Minas Gerais, em especial na “Escola Estadual Major João Pereira”, localizada no município de Itajubá. A pesquisa a princípio foi realizada em 21 escolas da Regional de Itajubá contempladas no Programa “Escolas Sustentáveis” da SEE-MG, onde levantaram-se os consumos de energia e água e o montante de resíduos sólidos gerados. Com base nesses dados foi possível apresentar propostas para o melhor uso da água bem como utilizar a água da chuva para fins não potáveis. Em relação à energia elétrica, houve a possiblidade de modernização com a introdução de tecnologias mais eficientes e no que diz respeito aos resíduos gerados a viabilidade da separação e reciclagem. Os resultados alcançados mostram que é possível implementar no ambiente escolar ações que contribuam com a sustentabilidade energética, uma vez que os tempos de retorno das propostas apresentadas sinalizam para a viabilidade de sua execução e que a sua aplicabilidade pode ser estendida para o conjunto das 21 escolas.


  • Mostrar Abstract
  • In the last 50 years the theme of sustainability became an integral part and center of attention of the international community, in response and as an alert to man for his consumeristic and predatory attitude, which to meet his demands and Vanities end up neglecking the laws of nature, forgetting that natural resources do not possess the ability to recompose at the same speed as that of consumption. In this way uses energy and water without rationality, in accelerated consumerism and in the neglect of its disposal, is creating for themselves and future generations a passive of various wastes, whose destination already faces serious problems both of the existence of areas Appropriate and available until they are safe to avoid contamination by incorrect disposal of substances. This dissertation aims to present how the rational and efficient use of water and energy and the correct disposal of solid waste can be used as a tool for the implementation of environmental sustainability in the state schools of Minas Gerais, especially in the "State school Major João Pereira", located in the municipality of Itajubá. The research was carried out in 21 schools of the Itajubá region contemed in the program "Sustainable schools" of the SEE-MG, where the consumption of energy and water and the amount of solid waste generated and based on these data were possible Present proposals for better use of water and the possibility of using rainwater for non-potable purposes, in the use of energy the possibility of efficiency with the introduction of more efficient technologies and with regard to waste generated the feasibility of separation and recycling. And the results obtained indicate that it is possible to implement actions that contribute to energy sustainability in the school environment, since the return times of the proposals presented indicate the feasibility of their implementation and that their Applicability can be extended to the set of the 21 schools.
    Keywords:

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  • DANIEL CARLOS RIBEIRO TRAUTWEIN
  • DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA ÓPTICO COM PROCESSAMENTO DE DADOS PARA MONITORAMENTO DE DEFORMAÇÕES DE BARRAGENS

  • Orientador : GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADINELE GOMES GUIMARAES
  • CATIA DE PAULA MARTINS
  • GERALDO LUCIO TIAGO FILHO
  • PAULO CESAR GONCALVES
  • Data: 12/07/2019

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  • Neste trabalho desenvolveu-se um equipamento didático e técnico para estudo em modelo
    reduzido para melhor compreensão dos fenômenos envolvidos no rompimento de barragens de
    terra. As estruturas foram representadas dentro de um canal de vidro permitindo a visualização
    da secção da barragem, o enchimento do reservatório e a coleta de dados de deformação antes
    do colapso da estrutura. A partir da realização de ensaios laboratoriais para caracterização do
    solo utilizado e da construção dos modelos, ficou evidente de que o experimento trata-se de
    uma excelente ferramenta de análise. Por meio do estudo experimental foi possível demonstrar
    a relação entre tempo e as tendências das deformações e deslocamentos que antecedem uma
    ruptura e, contudo indicar as áreas mais críticas em cada momento, favorecendo a sugestão de
    locais onde deve haver maior atenção quanto a inspeções e instalação de instrumentação de
    monitoramento. A partir da definição desses pontos críticos, foi desenvolvido um sistema que,
    integrando hardware e software é capaz de identificar e de informar aos responsáveis, em tempo
    real, qualquer variação comportamental indesejada. O sistema opera utilizando sensores que
    fazem a análise de distância da estrutura monitorada e, por meio de um processador auxiliar,
    transmite constantemente os dados coletados – conectados à rede e armazenados na “nuvem” –
    a um processador principal. Este processador recebe os dados e os compara com dados
    anteriores, realizando interpretações e conclusões, quanto à estabilidade da barragem e emite
    alertas e emite relatórios em formato de planilhas e gráficos que mostram detalhadamente os
    monitoramentos realizados nos períodos selecionados pelo usuário.


  • Mostrar Abstract
  • In this work was developed a didactic and technical equipment for experimental study in a
    reduced model to better understand the phenomena involved in the rupture of earth dams. The
    structures were represented within a glass channel allowing visualization of the dam section,
    filling of the reservoir and collection of deformation data before collapse of the structure. From
    the laboratory tests to characterization of the soil used and the construction of the models, it
    was verified that the experiment was an excellent analysis tool, since it was possible to
    demonstrate the relation between time and the tendencies of the deformations and
    displacements that precede a rupture and yet indicate the most critical areas at each moment,
    favoring the suggestion of places where there should be greater attention regarding inspections
    and installation of monitoring instrumentation. From the definition of these critical points, a
    system was developed that, integrating hardware and software, is capable of identifying and
    informing those responsible, in real time, of any undesired behavioral variation. The system
    operates using sensors that perform distance analysis of the monitored structure and, through
    an auxiliary processor, constantly transmits the collected data - connected to the network and
    stored in the "cloud" - to a main processor. This processor receives the data and compares it
    with previous data, making interpretations and conclusions regarding the stability of the dam
    and issues alerts and reports in the form of spreadsheets and graphs that show in detail the
    monitoring carried out in the periods selected by the user.

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  • JULIANO ROMANZINI PEDREIRA
  • ALTERAÇÕES NAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO CIMENTO COM A SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DAS FRAÇÕES DE AREIA POR BIOCHAR PROVENIENTE DA GASEIFICAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVAN FELIPE SILVA DOS SANTOS
  • KATIA SAKIHAMA VENTURA
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • Data: 12/07/2019

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  • A sociedade moderna vive uma época em que o consumo é cada vez mais acelerado. Como resultado, a produção de resíduos, principalmente os gerados nas cidades, cresceu sobremaneira e ultrapassou um bilhão de toneladas geradas no mundo no ano de 2016. Nesse contexto, é urgente a implementação de soluções para reutilizar, reciclar ou reaproveitar esses resíduos. Dentre as várias propostas, a gaseificação tem sido estudada por diversos pesquisadores, pois é uma maneira eficiente de gestão e destinação dos efluentes gasosos e demais resíduos sólidos urbanos. Neste sentido, o presente estudo apresenta uma investigação a respeito das alterações nas propriedades físicas e mecânicas do cimento com a substituição parcial das frações de areia descritas na Norma ABNT NBR 7215, por biochar proveniente da gaseificação de resíduos sólidos urbanos, com o objetivo de verificar a influência desse novo agregado na resistência do cimento. O biochar utilizado foi coletado na cidade de Itajubá, Minas Gerais, Brasil, na sede da UNIFEI. Os resultados alcançados permitiram evidenciar que ao se adicionar biochar, este prejudicou a trabalhabilidade da argamassa fresca. Nos testes de compressão, constatou-se uma grande redução em sua resistência mecânica, o que inviabiliza seu uso para fins estruturais. Nos testes químicos, verificou-se que o biochar apresentou em sua composição metais reativos quimicamente e bioacumulativos, os quais, o organismo humano não é capaz de eliminar, podendo gerar passivos ambientais se não forem devidamente manipulados. Foi concluído ser possível seu uso para concretos e argamassas não armadas e não estruturais em teores não superiores em 5% do total de agregado miúdo da mistura.


  • Mostrar Abstract
  • A modern society lives once consumption is increasingly accelerated. As a result, the production of waste, especially those generated in cities, grew and exceeded one billion tons generated worldwide in 2016. In this context, it is urgent to implement solutions to reuse, recycle or reuse this waste. The various proposals, a weighted and efficient analysis of a researcher, is an efficient solution for the disposal of gaseous effluents and other municipal solid waste. This object, the present study has a rights for an organism of the properties are essential and methods of the cement with the separation of the sandy gem of natural species, by the object of verify. influence of this new aggregate on cement strength. The biochar was collected in the city of Itajubá, Minas Gerais, Brazil, at UNIFEI headquarters. The results show that by adding the biochar, it impaired the practicality of fresh mortar. In the compression tests, it is a great reduction in its mechanical resistance, which makes its use for the fins unfeasible. In chemical tests, it was found that biochar showed its ability to react chemically and bioaccumulative, which the human body is not able to cause lack of environmental impact. Mortar use is not rated at 5% of the total fine aggregate of the mixture.

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  • DOUGLAS PIAZZA MENEGHEL
  • ANALYSIS OF HIGH DC/AC RATIOS FOR PV PLANTS WITH BESS INTEGRATION ON THE DC SIDE

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTURO SUMAN BRETAS
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • Data: 30/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • A integração do sistema de energia fotovoltaica e de bateria (PV-BESS) absorveu muitas atenções nos últimos anos nas comunidades de energia renovável. A indústria solar demonstrou interesse significativo em combinar armazenamento com instalações solares, pois os benefícios da integração à rede aumentaram e, ao mesmo tempo, o custo do sistema de armazenamento diminuiu. Impulsionadas pelos melhores retornos, variabilidade de recursos, degradação de módulos solares e o melhor uso de inversores e sistemas de média tensão e subestação de subida, as unidades de conversão de energia, conjunto de inversores e transformadores de baixa e média tensão, geralmente são classificadas para energia CA valores inferiores aos instalados no lado CC para usinas solares em escala de utilidade. Esta dissertação demonstra que, ao aumentar a relação CC / CA da usina fotovoltaica, seria possível melhorar a controlabilidade da geração solar e a economia do projeto com a integração do tamanho BESS adequado no sistema. A análise de dados sobre a razão CC / CA para usina fotovoltaica com integração BESS no lado DC será fornecida para demonstrar a quebra de preço típica com as análises de custo-benefício baseadas em métricas de avaliação financeira, para a avaliação econômica de usinas fotovoltaicas sujeitas a forte variação quando aplicada à avaliação do BESS. Outra vantagem do sistema proposto é aumentar a quantidade de energia disponível na planta híbrida, apenas aumentando sua relação CC / CA, mantendo todo o sistema CA (ou seja, cabos, principais transformadores de energia, linhas de transmissão) essencialmente o mesmo. Isso apenas pode apresentar uma boa vantagem sobre as aplicações típicas do BESS, que essencialmente apenas arbitram a energia CA já disponível no sistema. Além disso, os benefícios econômicos que podem ser obtidos a partir de um BESS dependem da aplicação, do tamanho do sistema fotovoltaico, da sofisticação do equipamento de controle do sistema, da estrutura de taxas do cliente e dos custos operacionais. Este trabalho abrange a revisão de literatura necessária para estabelecer as bases do raciocínio para o desenvolvimento de uma metodologia para determinar o fluxo de energia entre os módulos solares e o sistema de bateria, bem como a análise do indicador financeiro que serve para medir a viabilidade de um investimento.
     


  • Mostrar Abstract
  • The integration of Photovoltaic and Battery Energy System (PV-BESS) has absorbed a lot of attentions in recent years within the renewable energy communities. The solar industry has shown significant interests in combining storage with solar installations as grid integration benefits have increased and at the same time the cost of storage system has decreased. Driven by best returns, variability of resources, solar module degradation and the best usage of inverters and medium voltage systems and step-up substation, the power conversion units, set of inverters and low voltage to medium voltage transformers, are usually rated for AC power values lower than those installed on their DC side for utility scale solar plants. This dissertation demonstrates that by boosting the DC/AC ratio of the PV plant, it would be feasible to improve the controllability of the solar generation and the project economics with integration of proper BESS size in the system. Data analysis on DC/AC ratio for PV plant with DC-Side BESS integration will be provided to demonstrate the typical price break down with the cost-benefit analyses based on financial evaluation metrics, for the economic assessment of PV plants subject to strong variation when applied to BESS assessment. Another advantage of the proposed system is to increase the amount of energy available in the hybrid plant, only by boosting its DC/AC ratio, keeping the whole AC system (i.e. cables, main power transformers, transmission lines) essentially the same. That solely might present a good advantage over the typical BESS applications which essentially only arbitrates AC energy already available in the system. In addition, the economic benefits that can be realized from a BESS depend on the application, the size of the PV system, the sophistication of the system’s control equipment, the customer’s rate structure and the operating costs. This work covers the literature review necessary to stablish the basis of the reasoning for further development of a methodology to determine the energy flow between the solar modules and the battery system, as well as the analysis of the financial indicator that serve to gauge the feasibility of an investment.

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  • RÉGIS ALEXANDRE NASCIMENTO PRUDENCIO
  • Análise dos Empreendimentos de Transmissão de Energia Elétrica Leiloados de 2013 a 2018 no Território Brasileiro

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAMIL HADDAD
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • RONALDO ROSSI
  • Data: 31/07/2019

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  • A energia elétrica é um bem relevante, pois seus benefícios são imensuráveis a todos as pessoas. No Brasil o sistema elétrico é dividido em geração, transmissão e distribuição de energia, que compõem o SIN (Sistema Interligado Nacional), cada um desempenhando um papel de suma importância para a sociedade. Um grande percentual de geração de energia neste território é feito por meio das usinas hidrelétricas. Atualmente os potenciais hidráulicos são encontrados distantes dos centros consumidores, entretanto para que toda a energia produzida chegue aos seus consumidores finais, é crucial as linhas de transmissão de energia elétrica. Neste contexto então, o sistema nacional de transmissão apresenta papel fundamental, pois atende às cargas fazendo o intercâmbio de energia e promovendo maior confiabilidade ao sistema. Atualmente para que se construa uma linha de transmissão é necessário primeiramente uma concessão, adotada no território nacional por meio do modelo de contratação do serviço público; este processo é feito por intermédio dos chamados leilões de transmissão, onde é declarado vencedor a organização que oferecer a menor receita anual permitida RAP; a organização terá a concessão por um período de 30 anos para construir, operar e manter as novas linhas de transmissão juntamente com as subestações de energia. Desta forma, o presente trabalho analisa os leilões que ocorreram de 2013 e 2018, a fim de verificar se as organizações têm cumprido os cronogramas de execução e as eventuais causas dos atrasos e os impactos sociais causados por estes. Assim foram analisados cerca de 204 empreendimentos observando-se que existe uma parcela relevante de projetos com seu cronograma de execução atrasado e muitos que já deveriam estar finalizados ou ainda não foram inicializados; verificou-se também que as justificativas estão relacionados com a falta de licenciamento ambiental, falta de recursos financeiros, dentre outros, além de uma estimativa de prejuízo mediante a perda de receita das concessionárias que ultrapassam o valor de quase três bilhões de reais.


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  • Electric energy is a very important revenue because its benefits are immeasurable to all people. The Brazilian electric power system is divided into three main groups: generation, transmission and distribution. All these parts are connected, creating the National Integrated System (SIN), in which each component plays a role of paramount importance to the whole society. A large percentage of energy generation in the national territory is provided by hydroelectric plants - installed far from the consumers. In order to this energy produced reaches the final consumers, the use of transmission lines becomes a vital factor in the system planning. In this context, the national transmission system plays a fundamental role, due the interchangeability between generation and consumption, also increasing the reliability to the system. Nowadays, for the construction of new transmission lines, the National Electric Energy Agency (ANEEL) uses an auction system. A concession that is made through auctions called transmission auctions, in which the winner is the organization that offers the lowest Allowed Annual Revenue (RAP) for each lot of transmission lines. The winner utility will have the concession for a period of 25 to 30 years to build, operate and maintain the new transmission lines together with the power substations. In this way, this work aims to analyze the transmission lots auctioned between 2013 and 2018, to verify if the organizations have completed the execution schedules and what have caused some delays the social impacts caused by them. In this way, about 204 projects were analyzed, which were auctioned in these years, observing the execution deadlines. It was verified that there is a relevant portion of projects with a delayed execution schedule, and many projects that should have been finalized have not yet been removed from the role, it was also found that the causes of these delays, such as lack of environmental licensing, lack of financial resources, among others, besides an estimate of loss through loss of revenue of the concessionaires in excess of one million and one hundred thousand reais.

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  • CAROENY RAIANY ALMEIDA
  • PROPOSTA DE MELHORIA NO DESEMPENHO ENERGÉTICO: ESTUDO DE CASO EM UMA INSTITUIÇÃO DE ENSINO BÁSICO E SUPERIOR EM ITAJUBÁ

  • Orientador : ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS VINICIUS XAVIER DIAS
  • ROBERTO AKIRA YAMACHITA
  • RODOLFO ESMARADY ROCHA DOS SANTOS
  • Data: 01/08/2019

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  • O elevado consumo de energia na situação de uma escassez de oferta de energia, implica a necessidade de os edifícios aplicarem cada vez mais projetos de eficiência energética. Uma vez que a iluminação desempenha um papel importante, adaptar o sistema de iluminação por meio da substituição de lâmpadas mais eficientes pode reduzir significativamente o consumo de energia. Instituições como campi universitários, que consomem grande quantidade de energia com seus sistemas de iluminação, tem se tornado um campo de atuação de projetos de melhoria da eficiência energética. Neste contexto, o presente trabalho analisa a proposta de substituição do sistema de iluminação de uma Instituição de Ensino, localizada na cidade de Itajubá, Minas Gerais, com o intuito de promover a melhoria do desempenho energético dela. Para isso, buscou-se estabelecer indicadores de desempenho energético (IDE) que permitirão o acompanhamento de ações de eficiência energética na Instituição, baseado no Sistema de Gestão de Energia (SGE) da NBR 50001. Para avaliar a viabilidade do projeto fez-se umaanálise econômica com os principais indicadores econômicos (VPL, TIR, Payback). Os resultados obtidos demostram que em todas as unidades estudadas o investimento inicial para substituição do sistema de iluminação é viável, tanto na parte econômica, quanto na melhoria do Desempenho Energético que corresponde a uma grande economia de energia correspondente a 28.612,06 kWh/ano. Com o intuito de acompanhar as ações de eficiência energética no melhoramento do desempenho energético da Instituição, desenvolveu-se IDEs do sistema de iluminação atual, determinados como LBE, para comparação e verificação com os mesmos IDEs do sistema proposto. Com os resultados obtidos no estudo de caso, foi possível identificar uma melhoria em todos os IDEs de todas as unidades analisadas. Ambos apresentaram uma diminuição significativa entre o sistema de iluminação atual e o proposto. O indicador por usuário (Iu) resultou em 26,32 kWh/ano / usuário com o sistema de iluminação proposto, e o indicador por área construída (Ia) 5,98 kWh/ano / m², mostrando a melhoria no desempenho energético da instituição com um sistema mais eficiente.


  • Mostrar Abstract
  • The high energy consumption in cases where there is a lack of power supply implies the need to invest in projects related to energetic efficiency. Once lighting highly influence the power demand of buildings and facilities, replacing traditional light bulbs with more efficient lighting  technology allows a significant decrease in the energy demand. Institutions such as university campus, which demand a large amount of electric power to supply light bulbs, have become targets of improvements of energetic efficiency projects. In this context, this work aims to analyze the purpose of replacing the current lighting system of a university in Itajubá, Minas Gerais state, with more modern systems in order to make improvements in its energy usage. To accomplish the aims of the research, energy performance indicators, IDE, is employed and allows researchers to promote actions on energetic efficiency based on the energy management system, SGE, from NBR 500001. The assessment of the economic feasibility of the work is performed through the main financial tools found in the literature (NPV, IRR, and Playback).

    The results obtained show that all of the units studied present not only feasibl e economic return but also technical improvements as savings in energy is achieved and roughly equal to 28.612,06 kWh/year. In order to measure, verify, and evaluate the energy performance of the university, it was considered IDEs calculated for the current lighting system such as LBE. Those IDEs are compared to those calculated for the proposed system. With the results obtained from the case study, it was possible to identify energy-inefficient areas and propose improvements of IDEs in all units studied. IDEs presented a significant decrease in the proposed lighting system in comparison with the current one. The user indicator (Iu) resulted in 26.32 kWh / year / User with the proposed lighting system, and the area indicator (Ia) 5.98 kWh / year / Area.
    These numbers show some improvements in the energy usage performance of the university as well as a lighting system more efficient.

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  • MICHAEL CORREDOR MARSIGLIA
  • “PROJETO CONCEITUAL DE UMA PLANTA INDUSTRIAL DE GERAÇÃO DE ELETRICIDADE A PARTIR DE CDR (1MWe)”

  • Orientador : ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • FELIPE ORLANDO CENTENO GONZÁLEZ
  • Data: 01/08/2019

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  • O objetivo deste trabalho é propor e pré-dimensionar uma usina de geração elétrica a partir de Combustível Derivado de Resíduo (CDR) para uma capacidade de 1 MWe, utilizando como ponto de partida os dados obtidos de uma planta piloto de produção de CDR com uma capacidade nominal de 500 kg/h  e os resultados de testes experimentais de gaseificação que foram realizados no laboratório do NEST da Universidade Federal de Itajubá utilizando o ar como agente de gaseificação. Os resultados experimentais foram de grande utilidade para inferir e determinar as condições operacionais da planta que foi projetada. Tendo como finalidade determinar o desempenho do processo foram usadas informações de modelos matemáticos elaborados em trabalhos anteriores. Foi usada um modelo em CFD como ferramenta para projetar os reatores usados na usina de 1MWe, analisando o processo em função da Razão de Equivalência (RE) na faixa de 0,25 até 0,45 e sua relação na composição do gás de síntese (CO, CH4 e H2) junto com o poder calorifico inferior do gás (PCIg). Foram analisados três cenários econômicos possível para determinar a viabilidade econômica do projeto da planta, variando a preço de venda da eletricidade (0,18 até 0,31 $R/kWh), variando as taxas contratuais para a disposição do RSU de acordo ao tamanho do município e variando a taxa de juros na faixa de 5% até 10%. Concluiu-se que este projeto é viável para municípios pequenos (menos de 100.000 habitantes) por que foi onde se apresento o maior VPL (R$ 19.248.536) com uma TIR de 23,67% isto devido a que taxa para sua disposição é maior comparada com outros casos estudados.  


  • Mostrar Abstract
  • The objective of this work is to propose and pre-dimension an electrical generation plant from Residue Derived Fuel (RDF) for a capacity of 1 MWe, using as a starting point the data obtained from a pilot plant of RDF production with a nominal capacity of 500 kg/h and the results of experimental tests of gasification that were performed in the NEST laboratory of the Federal University of Itajubá using air as gasification agent. The experimental results were very useful to infer and determine the operational conditions of the plant that was projected. In order to determine the performance of the process, information from mathematical models developed in previous studies was used. A CFD model was used as a tool to design the reactors used in the 1MWe plant, analyzing the process in function of the Equivalence Ratio (RE) in the range of 0.25 to 0.45 and its relationship in the composition of the synthesis gas (CO, CH4 and H2) along with the lower calorific power of the gas (PCIg). Three possible economic scenarios were analyzed to determine the economic viability of the plant project, varying the selling price of electricity (0.18 to 0.31 $R/kWh), varying the contractual rates for the disposal of MSW according to the size of the municipality and varying the inflation in the range of 5% to 10%. It was concluded that this project is viable for small municipalities (less than 100,000 inhabitants) because it was where the highest NPV (R$ 19,248,536) with an IRR of 23.67% was presented due to the fact that the rate for its disposal is higher compared with other cases studied.  


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  • FRANCIELLE DA SILVA LEANDRO
  • ANÁLISE DO CICLO DE VIDA DE QUATRO DIFERENTES TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA SOLAR PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA POÇOS DE CALDAS-MG

  • Orientador : VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IZABELLA CARNEIRO BASTOS
  • LUCILENE DE OLIVEIRA RODRIGUES CHAVES
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 07/08/2019

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  • O sul de Minas Gerais, dispõe de um grande potencial de geração de energia elétrica a partir da fonte solar. Sabendo-se que, as tecnologias renováveis também geram impactos ao longo de toda a sua vida útil, torna se determinante analisar e comparar as diferentes tecnologias solares, para definir qual delas apresenta um melhor perfil ambiental durante todo o seu ciclo de vida. Tendo em conta esses aspectos, a presente dissertação propõe avaliar e comparar os impactos ambientais e a viabilidade econômica de quatro plantas de geração de eletricidade renovável, instaladas na cidade de Poços de Caldas-MG, utilizando a energia solar como fonte energética, por meio da metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). As tecnologias analisadas neste trabalho são as seguintes: planta de painéis fotovoltaicos com células monocristalinas, planta de painéis fotovoltaicos com células policristalinas, planta de concentração solar térmica com calhas parabólicas e planta de concentração solar térmica com prato parabólico acoplado a um motor Stirling. O software SIMAPRO 8.0.3.14 foi utilizado para a análise dos inventários, o Ecoindicador RECIPE midpoint, foi utilizado para a avaliação dos impactos ambientais e o software RETScreen Expert foi utilizado para determinar a viabilidade econômica de cada planta. Os resultados mostraram que para a unidade funcional de 1MWh de produção de energia elétrica, e dentro das condições abordadas neste estudo, a planta de concentração solar de prato parabólico apresentou um ótimo perfil ambiental e econômico para a instalação na cidade de Poços de Caldas-MG, no entanto essa tecnologia ainda não possui status comercial para instalações em grande escala, sendo superada pela tecnologia fotovoltaica policristalina que apresentou o segundo melhor perfil ambiental e econômico, sendo esta a melhor opção de instalação neste trabalho, seguida pela tecnologia fotovoltaica monocristalina e por último pela tecnologia de concentração solar de calha parabólica que apresentou maiores emissões nas categorias ambientais analisadas.


  • Mostrar Abstract
  • The south of Minas Gerais offers a great potential for electric power generation from solar source. Given that renewable technologies also generate impacts throughout their useful life, it is crucial to analyze and compare the different energy generation technologies to determine which one has a better environmental profile throughout its life cycle. Considering these aspects, the present thesis proposes to evaluate and compare the environmental impacts and economic viability of four generation plants of renewable electricity, located in the city of Poços de Caldas, MG, using solar energy as energy source and employing the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The technologies analyzed in this study are: plant of photovoltaic panels with monocrystalline cells, plant of photovoltaic panels with polycrystalline cells, solar thermal concentration plant with parabolic troughs and solar thermal concentration plant with parabolic dish coupled to a Stirling engine. SIMAPRO 8.0.3.14 software was used to analyze the inventories. Ecoindicator RECIPE midpoint was used to evaluate the environmental impacts and RETScreen Expert software was used to determine the economic viability of each plant. Results showed that, for the functional unit of 1MWh of electric energy production and within the conditions addressed in this study, the parabolic dish solar concentration plant presented a good environmental and economic profile for the installation in the city of Poços de Caldas, MG. However, this technology still does not have commercial status for large scale installations, being overcome by polycrystalline photovoltaic technology, that presented the best environmental and economic profile, being the best installation option in this study, followed by monocrystalline photovoltaic technology and, finally, the technology of solar parabolic trough concentration, that presented higher emissions in the analyzed environmental categories.

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  • ZUDIVAN PETERLI
  • AVALIAÇÃO ENERGÉTICA E EXPERIMENTAL DA SECAGEM EM BAIXA TEMPERATURA DE LODO SANITÁRIO COM O USO DE ENERGIA HELIOTÉRMICA.

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 28/08/2019

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  • O desenvolvimento de um tratamento eficiente e de baixo custo para o lodo sanitário vai ao
    encontro do 6º objetivo da ONU que visa assegurar e disponibilizar o saneamento para a
    população mundial até o ano de 2030. Portanto, este trabalho avaliou, por meio de um modelo
    termodinâmico, a secagem em baixa temperatura pelo método do leito granular de lodo
    sanitário, previamente centrifugado, que foi integrado a um sistema heliotérmico com
    armazenamento térmico. Foram modelados o cenário 1 com o secador operando por 9 h.d-1 e
    o cenário 2 por 24 h.d-1 (operação continua), sendo processados a mesma quantidade de lodo
    ao dia em cada cenário. Também foram realizados ensaios experimentais sobre a mistura de
    lodo úmido e tratado termicamente para estudar a influencia da mistura sobre o processo de
    secagem. Os resultados mostraram que, nas condições estudadas, os teores de 50 e 90% de
    sólidos totais são os mais adequados para o lodo, respectivamente, na entrada e saída do
    secador de lodo. Enquanto a temperatura de secagem foi definida em 80°C, mas os ensaios
    não indicaram a vantagem sobre nenhuma temperatura dentro da faixa avaliada (60 a 104°C).
    Para o método de secagem do leito granular, o mesmo produziu um lodo de perfil menos
    grosseiro e com taxas de secagem de até 3,10 vezes maiores que o método convectivo. A
    modelagem alcançou a viabilidade termodinâmica para a integração do sistema heliotérmico
    quando os cenários 1 e 2 apresentaram, respectivamente, área espelhada de 3.848 e 3.345m²,
    demanda térmica (com perdas globais do modelo) de 3,23 e 2,81GJ.tV
    -1 e armazenamento
    térmico de 1.594 e 4.550kWht, demonstrando que o porte do sistema modelado é empregado
    comercialmente em vários países e que o cenário 2 é o mais interessante por indicar uma
    planta de menor porte. O modelo ainda mostrou que é possível produzir, naturalmente, água
    condensada para manter um ciclo de limpeza dos concentradores solares com periodicidade
    menor que 2 dias. Diante do exposto, conclui-se que a integração da secagem com a energia
    heliotérmica é viável do ponto de vista técnico e energético e ainda apresenta o benefício de
    produzir água para limpeza ou outros fins não potáveis, mitigando um dos principais impactos
    ambientais desta tecnologia e se tornando atraente em regiões de estresse hídrico. Também foi
    demonstrado que a técnica de mistura de lodo apresenta a capacidade de modificar as
    características morfológicas e reológicas do material, melhorando a permeabilidade e taxa de
    secagem, além de reduzir a plasticidade do lodo original. Por fim, comprova-se que o método
    de secagem do leito granular é capaz de produzir de forma atraente um biossólido granular,
    seco, possivelmente higienizado, e adequado para o uso em diversos processos produtivos.


  • Mostrar Abstract
  • The development of an efficient and low-cost treatment for sanitary sludge meets the 6th UN
    objective that aims to and provide sanitation for the world population by the year 2030. In
    view of the above, this study evaluated, by means of a thermodynamic model, the drying of
    sanitary sludge at low temperature by the method of the granular bed, previously centrifuged,
    which was integrated into a heliothermic system with thermal storage. Scenario 1 was
    modeled with the dryer operating for 9h.d-1 and scenario 2 for 24 h.d-1 (continuous operation),
    and the same amount of sludge per day was processed in each scenario. Experimental assays
    were also conducted on the mixture of wet and thermally treated sludge to study the influence
    of the mixture on the drying process. The results showed that, in the conditions studied, the
    contents of 50 and 90% of total solids are the most suitable for sludge, respectively, in the
    inlet and outlet of the sludge dryer. While the drying temperature was defined at 80°C, as the
    tests did not indicate the advantage over any temperature within the range evaluated (60 to
    104°C). The drying method of the granular bed, produced a less coarse profile sludge and
    with drying rates of up to 3.10 times higher than the convective method. The modeling
    achieved thermodynamic viability for the integration of the heliothermic system when
    scenarios 1 and 2 presented, respectively, a mirrored area of 3,848 and 3,345m², thermal
    demand (with global losses of the model) of 3.23 and 2.81GJ.tv
    -1 and thermal storage of 1,594
    and 4,550kWht, demonstrating that the size of the modeled system is employed commercially
    in several countries and that scenario 2 is the most interesting for indicating a smaller plant.
    The model still showed that it is possible to produce condensed water naturally to maintain a
    cycle of cleaning the solar concentrators with periodicity less than 2 days. In view of the
    above, it is concluded that the integration of the drying with the heliothermic energy is
    feasible from a technical and energetic standpoint and still presents the benefit of producing
    water for cleaning or other non-potable purposes, mitigating one of the main impacts
    environment of this technology and becoming attractive in regions of water stress. It was also
    demonstrated that the sludge mixing technique can to modify the morphological and
    rheological characteristics of the material, improving the permeability and drying rate, in
    addition to reducing the plasticity of the original sludge. Finally, it is proved that the drying
    method of the granular bed is able to produce an attractive granular, dry, possibly sanitized
    biosolid, suitable for use in various production processes.

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  • ISMAEL APARECIDO DA SILVA
  • ESTRADAS EM ÁREAS PROTEGIDAS E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS - OCUPAÇÃO DESORDENADA NO  ENTORNO DO PARQUE NACIONAL DO ITATIAIA

  • Orientador : FRANCISCO ANTONIO DUPAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS WILMER COSTA
  • DANIELE ORNAGHI SANT'ANNA
  • FRANCISCO ANTONIO DUPAS
  • GRASIELA DE OLIVEIRA RODRIGUES
  • Data: 30/08/2019

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  • Foi elaborada uma avaliação da dinâmica de cobertura e uso do solo dentro e no entorno de uma área protegida (AP) localizada na região da Área de Preservação Ambiental da Serra da Mantiqueira (APASM) e do Parque Nacional do Itatiaia (PNI), no Sudeste do Brasil. Em duas bacias hidrográficas contíguas, com área de 24.757,65 hectares (ha), buscamos propostas que levem à recuperação e manutenção de florestas pressionadas por ações antrópicas que têm como veículo indutor as estradas construídas no entorno da AP. Essa AP está inserida no bioma Mata Atlântica (MA), de grande importância no provimento de recursos hídricos e na manutenção da biodiversidade, uma vez que se situa entre os maiores e mais populosos centros urbanos do Brasil. Os resultados obtidos por dados de Sensoriamento Remoto (SR), através de análise multitemporal, mostram que as áreas de pastagem cresceram 43% entre 1985 e 2005 e as áreas de mata declinaram 20% nesse mesmo período. Entre 2005 e 2017, observou-se declínio de 22% da área de pastagem e expansão das áreas de mata em 26%. As manchas urbanas cresceram continuamente em quase 120% entre 1985 e 2017. Entre os anos de 2011 e 2017, por meio de demarcação manual em tela utilizando o aplicatigo Google Earth, foi constatado osurgimento de 855 residências dispersas, fora das manchas urbanas, onde estradas-parque (EP) foram e estão sendo abertas. Essas estradas não pavimentadas concentram-se principalmente nas proximidades da estrada pavimentada em 2011 e dentro e próximas dos limites do PNI. Em ambiente de Sistema de Informação Geográfica (SIG) e empregando análise multicritério (AMC) com soma ponderada aos atributos ambientais das estradas e manchas urbanas, verificamos também que 85% da área de estudo encontra-se sob pressão alta ou muito alta, o que pode comprometer a manutenção da biodiversidade e dos recursos hídricos na região devido ao aumento populacional induzido pelas estradas vicinais e seu asfaltamento, que segue em direção aos limites do PNI. Os resultados obtidos podem orientar a implantação de ferramentas legais mais específicas e eficazes, bem como nortear a atuação do planejamento dos atores das esferas local, municipal, estadual e federal envolvidos da região.


  • Mostrar Abstract
  • An assessment of the dynamics of land cover and land use in and around a protected area (PA) located in the Serra da Mantiqueira Environmental Preservation Area (APASM) and Itatiaia National Park (PNI) in the Southeast of Brazil. In two contiguous watersheds, with an area of 24,757.65 hectares (ha), we seek proposals that lead to the recovery and maintenance of forests pressured by anthropic actions that have as induction vehicle the roads built around the AP. This PA is inserted in the Mata Atlântica (MA) biome, which is of great importance in the provision of water resources and the maintenance of biodiversity, since it is located among the largest and most populous urban centers in Brazil. The results obtained by Remote Sensing (RS) data, through multitemporal analysis, show that pasture areas grew 43% between 1985 and 2005 and forest areas declined 20% during that same period. Between 2005 and 2017, the pasture area declined by 22% and the forest area expanded by 26%. Urban sprawl grew steadily by almost 120% between 1985 and 2017. Between 2011 and 2017, by hand-screen demarcation using the Google Earth app, 855 scattered homes were found outside urban sprawl where park roads (PR) have been and are being opened. These unpaved roads are mainly concentrated near the paved road in 2011 and within and near the limits of the NIBP. In Geographic Information System (GIS) environment and employing multicriteria analysis with weighted sum to the environmental attributes of roads and urban spots, we also found that 85% of the study area is under high or very high pressure, which it may compromise the maintenance of biodiversity and water resources in the region due to the population increase induced by the back roads and its asphalting, which goes towards the limits of the NIBP. The results obtained may guide the implementation of more specific and effective legal tools, as well as guide the planning action of the local, municipal, state and federal actors involved in the region.

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  • ROSANA TEIXEIRA MIRANDA
  • Análise da gestão de fim de vida de módulos fotovoltaicos, utilizando o estudo de Análise do Ciclo de Vida (ACV) para comparar os impactos de duas estratégias de gestão de fim de vida

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • MICHELE CRISTINA RUFINO BARBOSA
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 23/09/2019

  • Mostrar Resumo
  • O uso de sistemas fotovoltaicos (FV) na geração de energia vem crescendo mundialmente. No Brasil esse crescimento contínuo é percebido no aumento do número de unidades consumidoras. A expectativa de vida útil dos módulos FV é estimada entre 25 a 30 anos. Desta forma, grande parte dessas unidades serão desinstaladas em um futuro próximo. Torna-se importante avaliar os impactos ambientais da tecnologia de forma a adotar com segurança o uso da energia FV. O impacto ambiental dos módulos FV, aplicando a análise do ciclo de vida (ACV), é um tópico amplamente estudado. No entanto, as análises enfatizam a fase de produção e excluem ou deixam de analisar em detalhes a fase de desinstalação e descarte dos módulos. O uso de metais preciosos e de componentes que contém materiais classificados como resíduos perigosos despertou o recente interesse em evidenciar os impactos e de prováveis benefícios ambientais relacionados à gestão de fim de vida dos módulos FV. O trabalho proposto tem como objetivo analisar o aspecto ambiental desta etapa do ciclo de vida para os módulos FV de silício cristalino (c-Si). A metodologia da ACV foi desenvolvida a partir de três cenários de gestão de fim de vida, utilizando como referência dados de literatura e adaptados para simular uma possível usina de tratamento de resíduos FV no Brasil. Primeiramente o cenário 1 considerou a reciclagem dos resíduos dos módulos FV. No cenário 2 há recuperação de parte dos componentes e o restante dos resíduos de módulos FV passa por um processo preliminar de incineração com descarte final em aterros. No cenário 3 a parte não recuperada é descartada em aterros sem nenhum tratamento. Os dados foram modelados para o estudo de ACV através do método ReCiPe e com o uso do software SimaPRO. A partir de indicadores de desempenho ambiental foi possível avaliar cada cenário e ao final comparar e analisar o de menor impacto ambiental. Os resultados obtidos demonstraram que, para as categorias de impacto analisadas, o cenário 1 de reciclagem obteve um desempenho ambiental inferior comparado aos cenários 2 e 3. O indicador na categoria de mudanças climáticas, por exemplo, para o cenário de reciclagem foi de 3,31E+05 kg CO2 eq, enquanto que para o cenário de incineração foi de 2,35E+03 kg CO2 eq e de -3,21E+01 kg CO2 eq para o cenário de disposição em aterro. O cenário 1 contudo produziu benefício ambiental relevante em termos de aproveitamento de materiais que podem ser usados como matéria prima.  Adicionalmente e de forma simplificada, foi analisado o aspecto financeiro da aplicação da reciclagem dos módulos FV. Para a tecnológica considerada nesse estudo, a análise indicou que a reciclagem é ainda uma estratégia inviável de ser implantada como gestão de fim de vida dos resíduos FV, mesmo se considerado o processo em escala industrial. Os custos de reciclagem superaram em quase 3 vezes as receitas com a provável comercialização dos materiais recuperados no processo.
     Palavras-chave:


  • Mostrar Abstract
  • The use of photovoltaic (PV) systems in the energy generation has been growing worldwide. In Brazil the continuous growth is perceived in the increase of the numbers of consuming units. The useful life of PV modules is estimated between 25 and 30 years. Thus, most of these units will be decommissioned in the near future. Hence, it is important to evaluate the environmental impacts of the PV technologies in order to safely adopt the use of PV energy. The environmental impact of PV modules is an extensively studied topic, generally using the life-cycle analysis (LCA). However, these studies emphasize the production phase and exclude or fail to analyze in detail the phase of decommissioning and disposal of the modules. The use of precious metals and materials classified as hazardous has raised recent interest in highlighting the impacts and the probable environmental benefits related to end-of-life management of the PV modules. This proposed study aims to analyze the environmental performance for crystalline silicon (c-Si) PV modules. The LCA methodology will be applied from three end-of-life management scenarios, using literature data that was adapted to simulate a possible PV waste treatment plant in Brazil. Firstly, scenario 1 considered the recycling of PV module waste. In scenario 2, part of the components is recovered and the remained PV waste goes through a preliminary incineration process before being disposal in landfills. In scenario 3 the unrecovered part is discarded in landfills without any treatment. The life cycle inventories were modeled for the LCA study with the ReCiPe method and the use of SimaPRO software. From environmental performance indicators it was possible to evaluate each scenario and at the end to compare and analyzing the one with the lowest environmental impact. For the impact categories analyzed, the results obtained showed that the scenario 1 achieved lower environmental performance compared to scenarios 2 and 3. The climate changes category, for example, in the recycling scenario was 3.309E+05 kg CO2 eq, while in the incineration scenario was 2.3441E+03 kg CO2 eq and -3.214E+01 kg CO2 eq in the landfill scenario. However, the scenario 1 produced significant environmental benefit in terms of the use of materials that can be used as raw material. Additionally, in a simplified way, the financial aspect of the application of the recycling process was analyzed. For the technology considered in this study, the analysis indicated that recycling is still an unfeasible strategy to be implemented for PV waste end-of-life management, even if considering on an industrial scale process. The costs of the recycling process were almost 3 times higher than the revenues from the probable commercialization of the recovered materials in the process.  

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  • FLAVIO FERREIRA FREITAS
  • Métodos de Intensificação da Biodigestão Anaeróbia Visando a Geração de Eletricidade a Partir do Biogás

  • Orientador : OSVALDO JOSE VENTURINI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIEGO MAURICIO YEPES MAYA
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • KARINA RIBEIRO SALOMON
  • OSVALDO JOSE VENTURINI
  • Data: 09/10/2019

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  • A digestão anaeróbia é um processo complexo e que depende de distintas variáveis, tais como pH do meio, temperatura, agitação do sistema, toxicidade, tipo de substrato, sólidos voláteis e totais, taxa de carga orgânica e também a relação Carbono/Nitrogênio (C/N). Esta última, por sua vez, foi o ponto central no desenvolvimento do trabalho. Esta proporção afeta as bactérias em distintas etapas da biodigestão e, dependendo da concentração desbalanceada de carbono e nitrogênio, pode afetar o metabolismo energético inibindo a produção de biogás. Assim, neste trabalho propõe-se o estudo da codigestão de dejeto suíno com dois co-substratos (silagem de milho e capim-elefante) e um aditivo (carvão vegetal), visando obter estabilidade do processo e aumento da produção de biogás. São avaliados quatro possíveis cenários, tendo como base os substratros, co-substratos e o aditivo indicado acima, considerando a produção e venda de eletricidade por meio do sistema de compensação de energia. Sob a ótica ambiental da Análise de Ciclo de Vida o resultado mostrou que o Cenário II foi aquele que apresentou melhores resultados para o Potencial de Aquecimento Global, Acidificação, Eutrofização, Toxicidade Humana e Oxidação Fotoquímica. O Cenário III, por sua vez, apresentou melhor resultado na categoria de impacto de Depleção da Camada de Ozônio e o Cenário IV para a Depleção Abiótica (Combustíveis Fósseis). A partir da análise econômica realizada, constata-se o incremento na produção de biogás e também a viabilidade econômica do projeto com a codigestão, sendo que o cenário II (dejetos suínos e silagem de capim-elefante) foi aquele que apresentou maior rentabilidade com relação ao Valor Presente Líquido e o Cenário I (dejetos suínos) apresentou maior TIR para as proposições assumidas. O Cenário I apresentou uma TIR de 21,69% e tempo de retorno descontado do capital investido (TRC) de 6,2 anos, enquanto que o Cenário II apresentou uma TIR de 21,14% e TRC de 6,5 anos. O cenário III (dejetos suínos e silagem de milho) e o cenário IV (dejetos suínos e carvão vegetal) não apresentaram viabilidade econômica. Por fim, da Análise de sensibilidade realizada com relação à viabilidade econômica observou-se que dos parâmetros analisados, aquele que possui maior sensibilidade quanto à sua variação foi o preço da energia elétrica.


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  • Anaerobic digestion is a complex process that depends on varying distances such as average pH, temperature, system agitation, toxicity, substrate type, maximum volumes and valves, organic loading rates and also carbon / nitrogen ratio (C / N). . The latter, in turn, was the central point in the development of the work. This ratio affects how bacteria in different stages of digestion and, depending on the unbalanced concentration of carbon and nitrogen, can affect inhibited energy metabolism in biogas production. Thus, in this licensed work, if you are going to study the coding study of a project with two co-substrates (corn silage and elephant grass) and an additive (charcoal), use the method of obtaining and increasing biogas production. Four possible scenarios are calculated, based on the substrates, co-substrates and additives indicated above, considering the production and sale of electricity through the energy compensation system. From an environmental perspective of Life Cycle Analysis or the result presented in Scenario II, the result of the best results for Global Warming Potential, Acidification, Eutrophication, Human Toxicity and Photochemical Oxidation was presented. Scenario III, in turn, shows the best result in the Ozone Layer depletion impact category and Scenario IV for Abiotic Depletion (Fossil Fuels). From the economic analysis performed, it was found or increased the biogas production and also the economic viability of the project with codigestion, and the scenario II (swine manure and elephant grass silage) was the one that presented higher profitability compared to Net Present Value and Scenario I (Supported Views) Show higher IRR for assumed propositions. Scenario shows an IRR of 21.69% and return on return on invested capital (TRC) of 6.2 years, while Scenario II shows an IRR of 21.14% and TRC of 6.5 years. Scenario III (swine manure and corn silage) and scenario IV (swine manure and charcoal) did not find economic viability. Finally, the Sensitivity Analysis performed in relation to economic viability is calculated on the analyzed parameters, but it has greater sensitivity regarding the variation of the price of electricity.

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  • NILTON JOSÉ DE CARVALHO
  • A EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS ENERGÉTICOS NO BRASIL FRENTE AOS OBJETIVOS DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ITAJUBÁ 2019

  • Orientador : LUIZ AUGUSTO HORTA NOGUEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JAMIL HADDAD
  • LUIZ AUGUSTO HORTA NOGUEIRA
  • PAULO MAGALHÃES FILHO
  • Data: 08/11/2019

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  • Este trabalho apresenta a situação brasileira no que diz respeito aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), iniciativa lançada pelas Nações Unidas em 2015, apresentando dados sobre energia sustentável, como produção, acesso, demanda, eficiência e cobertura de serviços de energia entre a população. Os dados empregados nesta análise foram retirados de órgãos oficiais do governo, responsáveis por estatísticas, planos e metas para o desenvolvimento no setor de energia. Este estudo justifica-se pela preocupação global com perspectivas de sustentabilidade e a correlação entre produção e uso de energia, considerando o crescimento populacional, a limitação dos recursos naturais, a produção de alimentos e a poluição atmosférica decorrente do uso de combustíveis fósseis. Na década de 80, o termo sustentabilidade foi definido como a capacidade de um indivíduo ou de um grupo de indivíduos atender às suas necessidades em um ambiente sem causar impactos nesse ambiente, e também garantir as mesmas condições para as gerações futuras. Como grande produtor de energia, o Brasil tem um grande potencial de produção de energia a partir de recursos naturais, exigindo saber quanto é produzido de maneira sustentável e eficiente, e também quem tem acesso à energia. O presente estudo indicou que o Brasil produz e utiliza energia predominantemente proveniente de recursos renováveis, bem como implantou nas últimas décadas programas nacionais para permitir que a maioria da população brasileira tenha acesso à energia moderna. Entretanto, as estratégias de eficiência energética, no marco dos objetivos propostos no âmbito dos ODS, devem ser reforçados.


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  • This work presents the Brazilian situation with regards to the objectives proposed by the Sustainable Development Goals (SDG), an initiative put forward by United Nations, presenting data on sustainable energy, such as production, access, demand, efficiency and the coverage of energy services among the population. The data employed in this analysis were taken from official government agencies, responsible for develop statistics, plans and targets in the energy sector. This study is justified by the global concern with sustainability perspectives and closely related energy production and use, considering the population growth, depletion of natural resources, food production and atmospheric pollution from the use of fossil fuels. In the 80's sustainability was established as the ability of an individual or a group of individuals has to meet their needs in an environment without causing impacts to this environment, and also to ensure the same conditions for future generations. As a major energy producer, Brazil has a great potential for energy production from natural resources, demanding to know is how much is produced in a sustainable and efficient manner, and also who has access to energy. The current study indicated that Brazil produces and uses energy predominantly from renewable resources, as well as has deployed in the last decades national programs to allow the most of Brazilian population has access to modern energy, Nevertheless, the energy efficiency strategies, in the frame of objectives proposed by the SDG initiative, should be reinforced.

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  • MAYARA SANTOS TEIXEIRA
  • ESTUDO TERMODINÂMICO ZERODIMENSIONAL DE MOTORES DE IGNIÇÃO POR CENTELHA UTILIZANDO DIFERENTES COMBUSTÍVEIS

  • Orientador : VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE CARLOS ESCOBAR PALACIO
  • JOSÉ ANTONIO DA SILVA
  • RUBENILDO VIEIRA ANDRADE
  • VLADIMIR RAFAEL MELIAN COBAS
  • Data: 29/11/2019

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  • A presente pesquisa trata-se de um estudo termodinâmico zerodimensional de motores de ignição por centelha com o objetivo de avaliar os parâmetros gerais de desempenho, como potência, torque e consumo específico de combustível, resultados do cálculo térmico realizado no software simulink do Matlab utilizando diferentes tipos de combustíveis. O cálculo térmico é baseado na Primeira Lei da Termodinâmica e o levantamento da curva característica exterior de velocidade colabora para a avaliação do comportamento e o desenvolvimento dos motores com alto desempenho, baixos níveis de emissão de poluentes e de consumo de combustível. A Lei de Wiebe é implementada para simular a fração de massa queimada e consequentemente a taxa de calor liberada pela combustão. Os resultados gerados são: representados em curvas características exteriores de velocidade.Primeiro se compara como os diferentes combustíveis influem no desempenho do motor, em seguida é comparado os resultados obtidos através da implementação da lei de Wiebe com os resultados antes de sua aplicação. Logo após se compara o desempenho de mesclas de etanol e gasolina variando o parâmetro taxa de compressão dentro das faixas usuais para cada tipo de combustível em busca de um motor mais eficiente com maior porcentagem de etanol. E por fim os cálculos são validados com a comparação dos resultados deste trabalho com os encontrados na literatura. A metodologia do cálculo térmico avaliada apresenta a mesma tendência encontrada na literatura, no entanto, em valores numéricos, a pressão máxima do ciclo, a potência e o torque são superestimados e o consumo específico subestimado. Isto porque, a hipótese de combustão instantânea a volume constante é a principal causa dos valores elevados de pressão máxima e pressão média efetiva. Outro fator que pode ser relevante para a imprecisão do cálculo térmico são os vários parâmetros adotados dentro de uma faixa de valores empírica.Isto pode ser resolvido em um futuro modelo com a criação de um banco de dados de ensaios experimentais para se entender o desempenho destes parâmetros.


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  • This research is a zero-dimensional thermodynamic study of spark ignition engines with the objective of evaluating the performance of the engines through the general performance parameters, such as power, torque and specific consumption of fuel, results of the thermal calculation performed in Matlab's Simulink software using different types of fuels. The thermal calculation is based on the first law of thermodynamics and the lifting of the external speed characteristic curve collaborates for the evaluation of the behavior and the development of engines with high performance, low emission levels of pollutants and fuel consumption. Wiebe's law is implemented to simulate the fraction of burnt mass and consequently the heat rate released by combustion. The results generated are: represented in external characteristics of velocity curves; first compares how the different fuels influence engine performance. Then is compared the results obtained through the implementation of Wiebe's law with the results before its application. Soon after compares the performance of ethanol and gasoline blends varying the compression ratio parameter within the usual ranges for each of the type of fuel in search of a more efficient engine with higher percentage of ethanol. Finally, the calculations are validated by comparing the results of this study with those found in the literature. The methodology of the thermal calculation evaluated has the same tendency found in the literature, however, in numerical values, the maximum pressure of the cycle, the power and the torque are overestimated and the specific consumption underestimated. This is because the hypothesis of instantaneous combustion at constant volume is the main cause of the high values of maximum pressure and effective mean pressure. Another factor that may be relevant to the imprecision of thermal calculation are the various parameters adopted within a range of empirical values.This can be resolved in a future model by creating an experimental test database to understand the performance of these parameters.

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  • MAXI ESTEFANY HUAMAN CORDOVA
  • Efeito do pó de magnetita na produção de metano durante a digestão anaeróbia de dejetos de suínos

  • Orientador : REGINA MAMBELI BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELECTO EDUARDO SILVA LORA
  • LEIDIANE MARIANI
  • MARIA LUIZA GRILLO RENO
  • REGINA MAMBELI BARROS
  • Data: 06/12/2019

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  • A finalidade da dissertação é identificar os efeitos do pó de magnetita ao inserir dosagens de 8,0 e 12,0 g.L-1 como aditivo no processo de digestão anaeróbia (DA) dos dejetos de suínos em reatores experimentais tipo batelada, quer dizer, de forma descontínua por um TRH de 70 dias. Nessa perspectiva, os experimentos foram em triplicata sob dois processos sequenciais, sendo analisadas as características físico-químicas e concentrações de metais pesados (Fe, Zn, Mn e Cu) antes e após a DA. Os rendimentos de CH4, avaliados sob condições normais de temperatura e pressão, mostraram que o pó de magnetita possui um impacto significativo nos rendimentos de metano durante o processo de digestão dos dejetos de suínos, obtendo a máxima produção de 3,82 . 10-1 Nm3 CH4/kg SV com a adição de 8 g de magnetita durante o processo de batelada II, além de mostrar que as concentrações de elementos-traço para ambas dosagens foram condizentes com os dados da literatura. A estimativa do potencial energético na escala real da fazenda em estudo indicou uma produção diária de biogás de 98,10 m3/dia a uma concentração máxima de 59,8% de metano, gerando um potencial energético de 7,33 kW, correspondente à geração de 32.136,33 kWh/ano.


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  • The purpose of the dissertation is to identify the effects of magnetite dust by inserting dosages of 8.0 and 12.0 g.L-1 as an additive in the anaerobic digestion (DA) process of swine manure in batch reactors, ie discontinuous for a 70-day HRT. From this perspective, the experiments were in triplicate under two sequential processes, analyzing the physicochemical characteristics and concentrations of heavy metals (Fe, Zn, Mn and Cu) before and after AD. The CH4 yields, evaluated under normal temperature and pressure conditions, showed that the magnetite powder has a significant impact on methane yields during the swine manure digestion process, obtaining the maximum yield of 3.82. 10-1 Nm3 CH4 / kg SV with the addition of 8 g of magnetite during batch process II, and shows that trace element concentrations for both dosages were consistent with literature data. Estimated real-scale energy potential of the farm under study indicated a daily biogas production of 98.10 m3 / day at a maximum concentration of 59.8% methane, generating an energy potential of 7.33 kW, corresponding to of 32,136.33 kWh / year.

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  • ALESSANDRA RIBEIRO DE SOUZA
  • IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS PRIORITÁRIAS À IMPLEMENTAÇÃO DE PROGRAMAS DE PAGAMENTO POR SERVIÇOS AMBIENTAIS NA BACIA DO RIBEIRÃO DO FEIJÃO, SÃO CARLOS-SP

  • Orientador : FRANCISCO ANTONIO DUPAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS WILMER COSTA
  • DANIELE ORNAGHI SANT'ANNA
  • FRANCISCO ANTONIO DUPAS
  • RENATA BOVO PERES
  • VANESSA CRISTINE E SOUZA REIS
  • Data: 12/12/2019

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  • Nos últimos anos, os Pagamentos por Serviços Ambientais (PSA) se destacaram como uma forma de financiamento de conservação dos recursos naturais, compensando proprietários de terras que geram externalidades ambientais positivas. No instrumento, a definição áreas prioritárias à recuperação e preservação ambiental é essencial para o direcionamento eficiente dos limitados recursos financeiros. Neste sentido, o presente trabalho propõe identificar espacialmente as áreas prioritárias à implementação de esquemas de PSA, com ênfase na conservação de recursos hídricos, utilizando como estudo de caso a bacia hidrográfica do Ribeirão do Feijão, São Carlos-SP. Para tal, com auxílio de sistemas de informações geográficas (SIG), aplicou-se a análise multicritério para o mapeamento de áreas prioritárias à recuperação florestal com base em relevantes critérios relacionados a aspectos da paisagem na provisão de serviços hidrológicos pela vegetação. O plano de informação foi então cruzado com valores estimados de custos de oportunidade para compensação dos proprietários de terras produtivas a fim de identificar as prioridades associadas aos menores custos de implementação do instrumento. Os resultados demonstraram que, das áreas elegíveis à conversão florestal, 25,6% apresenta prioridade muito alta à restauração, situadas principalmente ao longo do curso d’água principal, com predominância de usos por pastagem e cana-de-açúcar, principais deflagradores de processos erosivos no manancial. Dentre as atividades agropecuárias, a pecuária apresentou o menor custo de oportunidade, correspondente a um valor de referência de R$ 223,53/ha/ano em PSA. Foram identificadas 99 propriedades rurais com áreas de interesse para esquemas de PSA (898,27 ha, 3,7% da área total da bacia), totalizando o valor de pagamento de R$ 200.789,80 por ano aos produtores. A proposta de PSA se mostrou viável economicamente ao comparar o resultado com disposição a pagar (DAP) média da população de São Carlos pela proteção dos recursos hídricos. Finalmente, destaca-se que o uso da análise multicritério associada com a análise econômica do uso do solo mostrou-se como uma abordagem metodológica flexível e de simples implementação, cujos resultados podem subsidiar o planejamento e a gestão de bacias hidrográficas.


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  • In recent years, Payments for Ecosystem Services (PES) have emerged as a form of financing for the conservation of natural resources, compensating landowners that generate positive environmental externalities. For the PES design process, defining priority areas aiming at the environmental recovery and preservation is essential for the efficient allocation of limited financial resources. In this sense, the present work aims to spatially identify priority areas for the implementation of PES schemes, with emphasis on the conservation of water resources, using as case study the Feijão River watershed, São Carlos-SP. For such, with help of geographic information systems (GIS), a multicriteria evaluation was applied for mapping priority areas for forest restoration based on relevant criteria related to landscape aspects for the provision of hydrological services by vegetation. The resulted information plan was then cross-referenced with estimated opportunity costs for compensating landowners in order to identify higher priorities associated with low cost sites. The results show that 25.6% of the eligible areas for forest conversion have very high priority to restoration, and are located mainly along the main river watercourse, with predominance of pasture and sugarcane uses, the main driven forces of erosion processes in the watershed. Among the agricultural activities, livestock presented the lowest opportunity cost, corresponding to a reference value of R$ 223.53/ha/year in PES. 99 rural properties with areas of interest for PES schemes were identified (898.27 ha, 3.7% of the total watershed area), totaling a payment amount of R$ 200.789,80 per year to producers. The PES project proved to be economically viable when the result is compared to the average willingness to pay (WTP) of the population of São Carlos for the protection of water resources. Finally, the use of multicriteria evaluation combined with economic analysis of land use presented as a flexible and straightforward methodological approach, whose results can support further watershed planning and management.
    Keywords:

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