40 resultados para compressed natural gas
em Instituto Politécnico do Porto, Portugal
Resumo:
A major determinant of the level of effective natural gas supply is the ease to feed customers, minimizing system total costs. The aim of this work is the study of the right number of Gas Supply Units GSUs - and their optimal location in a gas network. This paper suggests a GSU location heuristic, based on Lagrangean relaxation techniques. The heuristic is tested on the Iberian natural gas network, a system modelized with 65 demand nodes, linked by physical and virtual pipelines. Lagrangean heuristic results along with the allocation of loads to gas sources are presented, using a 2015 forecast gas demand scenario.
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Natural gas industry has been confronted with big challenges: great growth in demand, investments on new GSUs gas supply units, and efficient technical system management. The right number of GSUs, their best location on networks and the optimal allocation to loads is a decision problem that can be formulated as a combinatorial programming problem, with the objective of minimizing system expenses. Our emphasis is on the formulation, interpretation and development of a solution algorithm that will analyze the trade-off between infrastructure investment expenditure and operating system costs. The location model was applied to a 12 node natural gas network, and its effectiveness was tested in five different operating scenarios.
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In this paper we study the optimal natural gas commitment for a known demand scenario. This study implies the best location of GSUs to supply all demands and the optimal allocation from sources to gas loads, through an appropriate transportation mode, in order to minimize total system costs. Our emphasis is on the formulation and use of a suitable optimization model, reflecting real-world operations and the constraints of natural gas systems. The mathematical model is based on a Lagrangean heuristic, using the Lagrangean relaxation, an efficient approach to solve the problem. Computational results are presented for Iberian and American natural gas systems, geographically organized in 65 and 88 load nodes, respectively. The location model results, supported by the computational application GasView, show the optimal location and allocation solution, system total costs and suggest a suitable gas transportation mode, presented in both numerical and graphic supports.
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To comply with natural gas demand growth patterns and Europes import dependency, the gas industry needs to organize an efficient upstream infrastructure. The best location of Gas Supply Units GSUs and the alternative transportation mode by phisical or virtual pipelines, are the key of a successful industry. In this work we study the optimal location of GSUs, as well as determining the most efficient allocation from gas loads to sources, selecting the best transportation mode, observing specific technical restrictions and minimizing system total costs. For the location of GSUs on system we use the P-median problem, for assigning gas demands nodes to source facilities we use the classical transportation problem. The developed model is an optimisation-based approach, based on a Lagrangean heuristic, using Lagrangean relaxation for P-median problems Simple Lagrangean Heuristic. The solution of this heuristic can be improved by adding a local search procedure - the Lagrangean Reallocation Heuristic. These two heuristics, Simple Lagrangean and Lagrangean Reallocation, were tested on a realistic network - the primary Iberian natural gas network, organized with 65 nodes, connected by physical and virtual pipelines. Computational results are presented for both approaches, showing the location gas sources and allocation loads arrangement, system total costs and gas transportation mode.
Resumo:
The best places to locate the Gas Supply Units (GSUs) on a natural gas systems and their optimal allocation to loads are the key factors to organize an efficient upstream gas infrastructure. The number of GSUs and their optimal location in a gas network is a decision problem that can be formulated as a linear programming problem. Our emphasis is on the formulation and use of a suitable location model, reflecting real-world operations and constraints of a natural gas system. This paper presents a heuristic model, based on lagrangean approach, developed for finding the optimal GSUs location on a natural gas network, minimizing expenses and maximizing throughput and security of supply.The location model is applied to the Iberian high pressure natural gas network, a system modelised with 65 demand nodes. These nodes are linked by physical and virtual pipelines road trucks with gas in liquefied form. The location model result shows the best places to locate, with the optimal demand allocation and the most economical gas transport mode: by pipeline or by road truck.
Resumo:
Atualmente o gs natural a principal fonte de energia utilizada pela maioria dos europeus nos setores domstico, tercirio e industrial. considerado a alternativa energtica do futuro e a mais ecologicamente correta de que podemos dispor, numa escala compatvel com as elevadas necessidades energticas da Humanidade a nvel global. Aliado a estes factos, surgem cada vez mais regras de boa prtica, normas e legislao, nomeadamente especificaes tcnicas de forma a regular o setor e dotar as entidades intervenientes na conceo e controlo de uma instalao de rede de gs, de um conhecimento mais detalhado e atualizado sobre esta matria. Esta dissertao pretende assim contribuir para a melhoria e modernizao do desempenho de todos os que exercem funes neste setor, com vista ao aperfeioamento da qualidade e utilidade dos seus servios. Este trabalho rene o conjunto de informao tcnica presente na legislao e normas de forma a preencher a eventual falha do conhecimento neste ramo por parte destes profissionais dotando-os de um conhecimento mais aprofundado, de modo a que possam executar corretamente e de forma eficaz o seu trabalho. Por outro lado, esta dissertao tem como objetivo o projeto e desenvolvimento de uma rede de distribuio de gs natural aplicado a trs redes concretas: rede de distribuio, edifcio e moradia. A conceo do projeto de instalao de gs inicia-se com a recolha de informao, seguindo-se o desenvolvimento do estudo do traado. Assim, esto reunidas as condies para dimensionar e providenciar a escolha de materiais mais adequados para a execuo da obra. A metodologia de dimensionamento adotada teve por base a equao dos gases perfeitos e a frmula de Renouard simplificada, encontrando-se implementada numa folha de clculo. Esta ferramenta de clculo aliada metodologia permite realizar de forma expedita o correto dimensionamento de uma rede de gs, bem como apurar se a velocidade de escoamento se encontra em conformidade com o definido no projeto.
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Com as variaes e instabilidade dos preos do petrleo, assim como as polticas europeias para adoo de estratgias para o desenvolvimento sustentvel, tm levado procura de forma crescente de novas tecnologias e fontes de energia alternativas. Neste contexto, tem-se assistido a polticas energticas que estimulam o aumento da produo e a utilizao do gs natural, visto que considerado uma fonte de energia limpa. O crescimento do mercado do gs natural implica um reforo significativo das redes de transporte deste combustvel, quer ao nvel do armazenamento e fornecimento, quer ao nvel dos gasodutos e da sua gesto. O investimento em gasodutos de transporte implica grandes investimentos, que poderiam no ser remunerados da forma esperada, sendo um dos motivos para que exista em Portugal cinco distritos se veem privados deste tipo de infraestruturas. O transporte de gs natural acarreta custos elevados para os consumidores, tanto maiores quanto maior forem as quantidades de gs transacionadas e quanto maior for o percurso pelo gs natural percorrido. Assim assume especial importncia a realizao de um despacho de gs natural: quais as cargas que cada unidade de fornecimento de gs ir alimentar, qual a quantidade de gs natural que cada UFGs deve injetar na rede, qual o menor percurso possvel para o fazer, o tipo de transporte que ser utilizado? Estas questes so abordadas na presente dissertao, por forma a minimizar a funo custo de transporte, diminuindo assim as perdas na rede de alta presso e os custos de transporte que sero suportados pelos consumidores. A rede de testes adotada foi a rede nacional de transporte, constituda por 18 ns de consumos, e os tipos de transporte considerados, foram o transporte por gasoduto fsico e o transporte atravs de gasoduto virtual rotas de transporte rodovirio de gs natural liquefeito. Foram criados diversos cenrios, baseados em perodos de inverno e vero, os diferentes cenrios abrangeram de forma distinta as variveis de forma a analisar os impactos que estas variveis teriam no custo relativo ao transporte de gs natural. Para dar suporte ao modelo de despacho econmico, foi desenvolvida uma aplicao computacional Despacho_GN com o objetivo de despachar as quantidades de gs natural que cada UFG deveria injetar na rede, assim como apresentar os custos acumulados relativos ao transporte. Com o apoio desta aplicao foram testados diversos cenrios, sendo apresentados os respectivos resultados. A metodologia elaborada para a criao de um despacho atravs da aplicao Despacho_GN demonstrou ser eficiente na obteno das solues, mostrando ser suficientemente rpida para realizar as simulaes em poucos segundos. A dissertao proporciona uma contribuio para a explorao de problemas relacionados com o despacho de gs natural, e sugere perspectivas futuras de investigao e desenvolvimento.
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A presente dissertao realizada na empresa Continental-Indstria Txtil do Ave, S.A., teve como objetivo a otimizao energtica da seco das malhas. Esta seco divide-se em duas reas, a tricotagem e a ramulagem. Os artigos produzidos diferem no seu peso especfico, composio e condies de operao, sendo os artigos A, B e C compostos por polister e termofixados a 190C e os artigos D e E compostos por polister e algodo, com uma temperatura de operao de 205C. Numa primeira etapa estudou-se o funcionamento da mquina de termofixao a rmula que opera em trabalho contnuo a 40 m/min. Esta mquina tem incorporado um permutador de calor, que aquece o ar fresco de entrada com os gases de exausto das estufas. Posteriormente efetuou-se o levantamento energtico de cada artigo, para as reas de tricotagem e ramulagem. Verificou-se que os artigos D e E, pela sua constituio, so os que apresentam um consumo especfico superior, em tep/ton. Entre as vrias utilidades consumidas (gs natural, eletricidade e ar comprimido) o gs natural representa mais de 50% do consumo de energia total necessrio para a produo de cada artigo. Aps a completa anlise aos consumos energticos da rmula, foram realizados ensaios de otimizao, tendo-se concludo que a diminuio do caudal de exausto pode atingir valores de poupana anual de gs natural na ordem dos 3.000 . Com o objetivo de avaliar o consumo de gs natural, no sendo possvel a realizao experimental, foram feitas simulaes com base em alteraes na corrente de entrada de ar fresco no permutador. Foi tambm estudada a possibilidade de isolamento e revestimento trmico da conduta exterior, projetada para o reaproveitamento do ar dos compressores, tendo-se obtido um oramento de 2.500 . Admitindo-se uma gama de temperaturas entre os 40C e os 60C, com um caudal de insuflao de 30%, obteve-se um payback entre os 0,97 e os 3,28 anos. Numa segunda fase admitiu-se uma temperatura mdia de 50C, aumentando o caudal de insuflao at 100%. O perodo de retorno obtido variou entre os 0,33 e os 1,38 anos, podendo as poupanas anuais atingirem os 7.600 .
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Mestrado em Engenharia Qumica
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Mestrado em Engenharia Qumica
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Mestrado em Engenharia Qumica. Ramo optimizao energtica na indstria qumica.
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O presente trabalho insere-se no mbito do Mestrado de Engenharia Qumica, ramo Optimizao Energtica na Indstria Qumica e pretende-se efectuar a avaliao energtica do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa, localizado no Concelho da Maia, tendo como principais bases os Decretos-Lei 78, 79 e 80 de 04 de Abril 2006. Uma vez que a rea til de pavimento do presente edifcio superior a 1000 m2, encontra-se englobado no conceito de Grande Edifcio de Servios (GES). A escolha do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa para a realizao do presente estudo prendeu-se com o facto de ser um objectivo da Cmara Municipal, mais concretamente do Departamento de Conservao e Manuteno de Estruturas Municipais, dar inicio aos procedimentos necessrios para a certificao energtica dos diversos edifcios Municipais, aliado ao facto das piscinas serem um tipo de edifcio desportivo de elevada complexidade em termos de gesto, um grande consumidor de energia e possuidor de uma elevada diversidade de equipamentos. O objectivo principal ser o de caracterizar energeticamente o edifcio e optimizar os consumos do mesmo, de forma a reduzir, no s os consumos energticos e respectiva factura, mas tambm nas emisses dos gases de efeito de estufa (CO2), pelo que a ordem de trabalhos inclui a realizao de: - Avaliao Energtica de acordo com o n.1 do artigo 2 e artigo 34 do D. L. 79/2006; - Verificao dos Requisitos de Conduo e manuteno das instalaes de Aquecimento, Ventilao e Ar Condicionado (AVAC); - Caracterizao Energtica do Edifcio ndice de Eficincia Energtica. A metodologia seguida baseou-se na utilizada para a realizao de uma auditoria energtica, sendo que foram contempladas as seguintes etapas: estudo pormenorizado da legislao referente certificao de edifcios; realizao de um levantamento de consumos energticos reais da instalao (com base nas facturas energticas); das suas caractersticas funcionais e levantamento dos vrios equipamentos consumidores de energia. O Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa uma instalao cuja mdia de consumo de energia elctrica nos ltimos trs anos foi de 445969 kWh/ano e de 87300 m3 de gs natural, representando um consumo global de energia primria de 174,85 tep/ano. De acordo com o Sistema de Certificao Energtica o ndice de Eficincia Energtica determinado de 54,50 kgep/m2 .ano. Uma vez que o IEE determinado superior ao valor de IEEReferncia existentes, o edifcio estar obrigado ao cumprimento de um Plano de Racionalizao Energtica (PRE). apresentado um conjunto de medidas que visam uma reduo do consumo de energia do edifcio e consequentemente uma melhoria no ndice de Eficincia Energtica.
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A Indstria Txtil do Ave S.A. (ITA) dedica-se, desde 1948, produo de componentes txteis para pneus em forma de fio torcido (corda) e tela. Estes componentes so quimicamente activados e impregnados em estufas, possibilitando assim a posterior adeso ao pneu. A mquina de impregnar corda Single End composta pelos grupos de estiragem, por um recipiente contendo a soluo qumica e por 4 estufas em srie. A mquina de impregnar tela Zell composta pelos grupos de estiragem, pelos acumuladores de sada e entrada, pelos recipientes com as solues qumicas e por um grupo de 7 estufas em srie. O aquecimento das estufas feito atravs da queima de gs natural. O presente trabalho teve como objectivo a realizao de uma auditoria energtica ITA com um especial destaque s mquinas de impregnar corda (Single End) e tela (Zell). As correntes de entrada que contribuem para a potncia trmica de impregnao so a combusto do gs natural, o ar de combusto, o ar fresco, o artigo em verde e as solues qumicas. As correntes de sada correspondem aos gases de combusto e exausto, ao artigo impregnado e s perdas trmicas. A auditoria mquina Single End mostrou que a potncia trmica de impregnao de 413,1 kW. Dessa potncia trmica, 77,2% correspondem combusto do gs natural, 6,7% ao ar de combusto, 15% ao ar fresco, 0,7% s cordas em verde e 0,4% soluo qumica. Da potncia trmica de sada, 88,4% correspondem aos gases de combusto e exausto, 3,2% s cordas impregnadas e 8,4% s perdas trmicas. Da auditoria mquina Zell observou-se que a potncia trmica de impregnao de 5630,7 kW. Dessa potncia, 73,3% corresponde combusto do gs natural, 1,6% ao ar de combusto, 24,5% ao ar fresco, 0,3% tela em verde e 0,3% s solues qumicas. Da potncia trmica de sada, 65,2% correspondem aos gases de combusto e exausto, 3,1% tela impregnada e 31,7% s perdas trmicas. Foram sugeridas como medidas de optimizao a reduo dos caudais de exausto das estufas e o aumento de temperatura do ar fresco. O aumento da temperatura do ar fresco da mquina de impregnar Single End para 50 C, usando ar quente dos torcedores, leva a uma poupana de 0,22 /h, com um perodo de retorno do investimento de 13 anos e 4 meses enquanto o aumento para 120 C, usando o calor dos gases de combusto e exausto, reduz os custos em 0,88 /h, sendo o perodo de retorno para esse investimento de 2 anos e 6 meses. Na mquina de impregnar Zell, uma reduo de 15% no caudal de exausto numa das estufas leva a ganhos de 3,43 /h. O aumento de temperatura do ar fresco para 45 C, usando o calor de gases de combusto e exausto, leva a uma poupana de 9,93 /h sendo o perodo de retorno para cada uma das duas sugestes de investimento de 5 meses e 9 meses.
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A presente dissertao tem como principal objectivo estimar as emisses de carbono resultantes das actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexveis, S.A. A realizao do inventrio de gases de efeito estufa permite que a Monteiro, Ribas- Embalagens Flexveis, S.A, identifique quais as suas fontes emissoras e quantifique as emisses de gases de efeito estufa, permitindo criar estratgias de reduo das mesmas. A elaborao do inventrio foi fundamentada nas directrizes do Greenhouse Gas Protocol, obedecendo aos princpios de relevncia, integrabilidade, consistncia, transparncia e exactido. A metodologia adoptada utiliza factores de emisso documentados para efectuar o clculo das emisses de gases de efeito de estufa (GEE). Estes factores so rcios que relacionam as emisses de GEE com dados de actividade especficos para cada fonte de emisso. Como emisses directas (mbito 1), foram quantificadas as emisses provenientes do uso de gs natural nas caldeiras, consumo de vapor e de gua quente, e as emisses do veculo comercial da empresa. Como emisses indirectas de mbito 2, incluem-se as resultantes da electricidade consumida. As emisses indirectas estimadas de mbito 3 referem-se, no caso em estudo, ao transporte de resduos, ao deslocamento de funcionrios para a empresa e s viagens de negcio. Face ao tipo de emisses identificadas, criou-se uma ferramenta de clculo que contm todos os valores de factores de emisso que podem ser utilizados em funo das caractersticas especficas dos dados de actividade relativos s vrias fontes emissoras da Empresa. Esta ferramenta permitir, no futuro, aperfeioar o clculo das emisses, a partir de uma melhor sistematizao da informao disponvel. Com este trabalho tambm foi possvel identificar a necessidade de recolher e organizar alguma informao complementar j existente. O ano base considerado foi 2011. Os resultados obtidos mostram que, neste ano, as actividades da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexveis, S.A sero responsveis pela emisso de 2968,6 toneladas de CO2e (dixido de carbono equivalente). De acordo com a Deciso 2007/589/CE da Comisso de 18 de Julho de 2007 conclui-se que a Monteiro, Ribas Embalagens e Flexveis S.A. se enquadra na categoria de instalaes com baixo nveis de emisses pois as suas emisses mdias anuais so inferiores a 25000 toneladas de CO2e. Conclui-se que a percentagem maior das emisses estimadas (50,7 %) proveniente do consumo de electricidade (emisses indirectas, mbito 2), seguida pelo consumo de gs natural (emisses directas) que representa 39,4% das emisses. Relacionando os resultados obtidos com a produo total da Monteiro, Ribas- Embalagens Flexveis, S.A, em 2011, obtm-se o valor de 0,65 kg de CO2e por cada quilograma de produto final. Algumas das fontes emissoras identificadas no foram incorporadas no inventrio da empresa, nomeadamente o transporte das matrias-primas e dos produtos. Isto deve-se ao facto de no ter sido possvel compilar a informao necessria, em tempo til. Apesar de se tratar de emisses indirectas de mbito 3, consideradas opcionais, recomenda-se que num prximo trabalho deste tipo, essas emisses possam vir a ser quantificadas. As principais incertezas associadas s estimativas de emisso dizem respeito aos dados de actividade uma vez que foi a primeira vez que a empresa realizou um inventrio de gases de efeito de estufa. H informaes mais especficas sobre os dados de actividade que a empresa dispe e que poder, de futuro, sistematizar de uma forma mais adequada para a sua utilizao com este fim.
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Como o sector cermico um consumidor intensivo de energia, este trabalho teve como objectivo principal a elaborao de um plano de optimizao do desempenho energtico da olaria nmero trs da Fbrica Cermica de Valadares. Para o efeito, efectuou-se o levantamento energtico desta fraco autnoma. O valor total obtido para os ganhos trmicos foi de 8,7x107 kJ/dia, sendo 82% desta energia obtida na combusto do gs natural. Por outro lado, as perdas energticas rondam os 8,2x107 kJ/dia, sendo o ar de exausto e a envolvente os principais responsveis, com um peso de 42 % e 38%, respectivamente. Tendo em conta estes valores, estudaram-se vrias medidas de isolamento da cobertura, pavimento, paredes e sada de ar atravs de fendas do edifcio. No caso do isolamento da cobertura sugeriu-se a substituio das telhas de fibrocimento e do isolamento actualmente existentes por painis sandwich de cobertura. Esta aco permite uma poupana de 64.796/ano, com um investimento de 57.029 e o seu perodo de retorno de 0,9 anos. O Valor Actualizado Lquido (VAL) no 5 ano foi de 184.069, com uma Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) de 92%. Para isolar o pavimento, sugeriu-se a utilizao de placas de poliuretano expandido (PU) de 20mm de espessura. Assim, consegue-se uma poupana de 7.442 /ano, com um investimento de 21.708, e um tempo de retorno 2,9 anos. No final do 5 ano de vida til do projecto, o VAL de 4.070 e a TIR 7%. Relativamente ao isolamento das paredes e pilares, sugeriu-se a utilizao de placas de PU (30mm), recobertas com chapa de ferro galvanizado. O tempo de retorno do investimento de 1,5 anos, uma vez que, o investimento de 13.670 e a poupana anual ser de 9.183. Esta soluo apresenta no ltimo ano um VAL de 12.835 e uma TIR de 22%. No isolamento das fendas do edifcio, sugeriu-se a reduo de 20% da sua rea livre. Esta medida de optimizao implica um investimento de 8.000, revelando-se suficientemente eficaz, pois apresenta um tempo de retorno de 0,67 anos. O VAL e a TIR da soluo no ltimo ano de vida til do projecto de investimento so de 36.835 e 35%, respectivamente. Por fim, sugeriu-se ainda a instalao de um sistema de controlo que visa o aproveitamento de ar quente proveniente do forno, instalado no piso inferior olaria, para pr-aquecer o ar alimentado aos geradores de calor. Esta medida implicaria um investimento de 4.000, com um tempo de retorno de 2,4 anos e uma poupana anual de 1.686. O investimento aconselhvel, j que, no 5 ano, o VAL de 1.956 e a TIR de 17%.
