Estudo e implementação de algoritmos inteligentes para detecção e classificação de falhas na medição de gás natural

This master dissertation presents the study and implementation of inteligent algorithms to monitor the measurement of sensors involved in natural gas custody transfer processes. To create these algoritmhs Artificial Neural Networks are investigated because they have some particular properties, such as: learning, adaptation, prediction. A neural predictor is developed to reproduce the sensor output dynamic behavior, in such a way that its output is compared to the real sensor output. A recurrent neural network is used for this purpose, because of its ability to deal with dynamic information. The real sensor output and the estimated predictor output work as the basis for the creation of possible sensor fault detection and diagnosis strategies. Two competitive neural network architectures are investigated and their capabilities are used to classify different kinds of faults. The prediction algorithm and the fault detection classification strategies, as well as the obtained results, are presented

Análise da recuperação em reservatório de gás com baixa permeabilidade (TIGHT GAS) através do fraturamento hidráulico

With the increasing of energetic consumption in the worldwile, conventional reservoirs, known by their easy exploration and exploitation, are not being enough to satisfy this demand, what has made necessary exploring unconventional reservoirs. This kind of exploration demands developing more advanced technologies to make possible to exploit those hydrocarbons. Tight gas is an example of this kind of unconventional reservoir. It refers to sandstone fields with low porosity, around 8%, and permeabilities between 0.1 and 0.0001 mD, which accumulates considerable amounts of natural gas. That natural gas can only be extracted by applying hydraulic fracturing, aiming at stimulating the reservoir, by creating a preferential way through the reservoir to the well, changing and making easier the flow of fluids, thus increasing the productivity of those reservoirs. Therefore, the objective of this thesis is analyzing the recovery factor of a reservoir by applying hydraulic fracturing. All the studies were performed through simulations using the IMEX software, by CMG (Computer Modelling Group), in it 2012.10 version

Mercury in Gas Operations - Occupational Health Risk Assessment

The project goal was to determine plant operations and maintenance worker’s level of exposure to mercury during routine and non-routine (i.e. turnarounds and inspections) maintenance events in eight gas processing plants. The project team prepared sampling and analysis plans designed to each plant’s process design and scheduled maintenance events. Occupational exposure sampling and monitoring efforts were focused on the measurement of mercury vapor concentration in worker breathing zone air during specific maintenance events including: pipe scrapping, process filter replacement, and process vessel inspection. Similar exposure groups were identified and worker breathing zone and ambient air samples were collected and analyzed for total mercury. Occupational exposure measurement techniques included portable field monitoring instruments, standard passive and active monitoring methods and an emerging passive absorption technology. Process sampling campaigns were focused on inlet gas streams, mercury removal unit outlets, treated gas, acid gas and sales gas. The results were used to identify process areas with increased potential for mercury exposure during maintenance events. Sampling methods used for the determination of total mercury in gas phase streams were based on the USEPA Methods 30B and EPA 1631 and EPA 1669. The results of four six-week long sampling campaigns have been evaluated and some conclusions and recommendations have been made. The author’s role in this project included the direction of all field phases of the project and the development and implementation of the sampling strategy. Additionally, the author participated in the development and implementation of the Quality Assurance Project Plan, Data Quality Objectives, and Similar Exposure Groups identification. All field generated data was reviewed by the author along with laboratory reports in order to generate conclusions and recommendations.

Behaviour of biofuel addition on metallurgical properties of sinter

Blast furnace gas yield is essentially controlled by a gas-solid reaction phenomenon, which strongly influences hot metal manufacturing costs. As a result of rising prices for reducing agents on the international market, Companhia Siderurgica Nacional decided to inject natural gas into its blast furnaces. With more gas inside the furnace, the burden permeability became even more critical. To improve blast furnace gas yield, a new technological approach was adopted; raising the metallic burden reaction surface. To that end, a special sinter was developed with permeability being controlled by adding micropore nucleus forming agents, cellulignin coal, without, however, degrading its mechanical properties. This paper shows the main process parameters and the results from physicochemical characterisation of a sinter with controlled permeability, on a pilot scale, compared to those of conventional sinter. Gas flow laboratory simulations have conclusively corroborated the positive effects of micropore nucleus forming agents on enhancing sinter permeability.

Equivalent Carbon Dioxide Capture and Storage Processes in Offshore Petroleum Production Facilities

The present study approaches the economic and technical evaluation of equivalent carbon dioxide (CO(2) eqv.) capture and storage processes, considered in a proposal case compared to a base case. The base case considers an offshore petroleum production facility, with high CO(2) content (4 vol%) in the composition of the produced gas and both CO(2) and natural gas emissions to the atmosphere, called CO(2) eqv. emissions. The results obtained with this study, by using a Hysys process simulator, showed a CO(2) emission reduction of 65% comparing the proposal case in relation to the base case.

Adsorption of binary hydrocarbon mixtures in carbon slit pores: A density functional theory study

Adsorption of binary hydrocarbon mixtures involving methane in carbon slit pores is theoretically studied here from the viewpoints of separation and of the effect of impurities on methane storage. It is seen that even small amounts of ethane, propane, or butane can significantly reduce the methane capacity of carbons. Optimal pore sizes and pressures, depending on impurity concentration, are noted in the present work, suggesting that careful adsorbent and process design can lead to enhanced separation. These results are consistent with earlier literature studies for the infinite dilution limit. For methane storage applications a carbon micropore width of 11.4 Angstrom (based on distance between centers of carbon atoms on opposing walls) is found to be the most suitable from the point of view of lower impurity uptake during high-pressure adsorption and greater impurity retention during low-pressure delivery. The results also theoretically confirm unusual recently reported observations of enhanced methane adsorption in the presence of a small amount of heavier hydrocarbon impurity.

Density functional theory analysis of the influence of pore wall heterogeneity on adsorption in carbons

Density functional theory for adsorption in carbons is adapted here to incorporate a random distribution of pore wall thickness in the solid, and it is shown that the mean pore wall thickness is intimately related to the pore size distribution characteristics. For typical carbons the pore walls are estimated to comprise only about two graphene layers, and application of the modified density functional theory approach shows that the commonly used assumption of infinitely thick walls can severely affect the results for adsorption in small pores under both supercritical and subcritical conditions. Under supercritical conditions the Henry's law coefficient is overpredicted by as much as a factor of 2, while under subcritical conditions pore wall heterogeneity appears to modify transitions in small pores into a sequence of smaller ones corresponding to pores with different wall thicknesses. The results suggest the need to improve current pore size distrubution analysis methods to allow for pore wall heterogeneity. The density functional theory is further extended here to allow for interpore adsorbate interactions, and it appears that these interaction are negligible for small molecules such as nitrogen but significant for more strongly interacting heavier molecules such as butane, for which the traditional independent pore model may not be adequate.

Scenario Planning and Evaluation of Pricing Strategies in the Portuguese Bulk LPG Market

Portugal has the largest LPG (Liquefied Petroleum Gas) share of primary energy demand in the EU (about 5%). Due to the increasing international cost of LPG in the last years and the high price sensitivity of the consumers the preference for substitute energy sources in new and existing consumers has been increasing. To select the kind of energy, some consumer estimate and compare the total costs while others follow agents (equipment sellers) recommendations. It takes time to build agents perception about the most advantageous source of energy, which is seen as an important resource that drives client resource accumulation and retention. Marketing strategies have to take into consideration some market dynamic effects derived from the accumulation and depletion of these resources. A simple system dynamics model was built, combined with Economic Value Added framework, to evaluate some pricing strategies under different scenarios of LPG international cost.

Scenario Planning and Evaluation of Pricing Strategies in the Portuguese Bulk LPG Market

Portugal has the largest LPG (Liquefied Petroleum Gas) share of primary energy demand in the EU (about 5%). Due to the increasing international cost of LPG in the last years and the high price sensitivity of the consumers the preference for substitute energy sources in new and existing consumers has been increasing. To select the kind of energy, some consumer estimate and compare the total costs while others follow agents (equipment sellers) recommendations. It takes time to build agents perception about the most advantageous source of energy, which is seen as an important resource that drives client resource accumulation and retention. Marketing strategies have to take into consideration some market dynamic effects derived from the accumulation and depletion of these resources. A simple system dynamics model was built, combined with Economic Value Added framework, to evaluate some pricing strategies under different scenarios of LPG international cost.

O impacto energético e as emissões de CO2 dos veículos eléctricos em Portugal

Para a diminuição da dependência energética de Portugal face às importações de energia, a Estratégia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) define uma aposta na produção de energia a partir de fontes renováveis, na promoção da eficiência energética tanto nos edifícios como nos transportes com vista a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. No campo da eficiência energética, o ENE 2020 pretende obter uma poupança energética de 9,8% face a valores de 2008, traduzindo-se em perto de 1800 milhões de tep já em 2015. Uma das medidas passa pela aposta na mobilidade eléctrica, onde se prevê que os veículos eléctricos possam contribuir significativamente para a redução do consumo de combustível e por conseguinte, para a redução das emissões de CO2 para a atmosfera. No entanto, esta redução está condicionada pelas fontes de energia utilizadas para o abastecimento das baterias. Neste estudo foram determinados os consumos de combustível e as emissões de CO2 de um veículo de combustão interna adimensional representativo do parque automóvel. É também estimada a previsão de crescimento do parque automóvel num cenário "Business-as-Usual", através dos métodos de previsão tecnológica para o horizonte 2010-2030, bem como cenários de penetração de veículos eléctricos para o mesmo período com base no método de Fisher- Pry. É ainda analisado o impacto que a introdução dos veículos eléctricos tem ao nível dos consumos de combustível, das emissões de dióxido de carbono e qual o impacto que tal medida terá na rede eléctrica, nomeadamente no diagrama de carga e no nível de emissões de CO2 do Sistema Electroprodutor Nacional. Por fim, é avaliado o impacto dos veículos eléctricos no diagrama de carga diário português, com base em vários perfis de carga das baterias. A introdução de veículos eléctricos em Portugal terá pouca expressão dado que, no melhor dos cenários haverão somente cerca de 85 mil unidades em circulação, no ano de 2030. Ao nível do consumo de combustíveis rodoviários, os veículos eléctricos poderão vir a reduzir o consumo de gasolina até 0,52% e até 0,27% no consumo de diesel, entre 2010 e 2030, contribuindo ligeiramente uma menor dependência energética externa. Ao nível do consumo eléctrico, o abastecimento das baterias dos veículos eléctricos representará até 0,5% do consumo eléctrico total, sendo que parte desse abastecimento será garantido através de centrais de ciclo combinado a gás natural. Apesar da maior utilização deste tipo de centrais térmicas para produção de energia, tanto para abastecimento das viaturas eléctricas, como para o consumo em geral, verifica-se que em 2030, o nível de emissões do sistema electroprodutor será cerca de 46% inferior aos níveis registados em 2010, prevendo-se que atinja as 0,163gCO2/kWh produzido pelo Sistema Electroprodutor Nacional devido à maior quota de produção das fontes de energia renovável, como o vento, a hídrica ou a solar.

Eficiência energética e a queima de combustíveis limpos

Mestrado em Engenharia Química

Auditoria e optimização energética à secção de impregnação de uma indústria têxtil

Mestrado em Engenharia Química

Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Avaliação energética do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa

O presente trabalho insere-se no âmbito do Mestrado de Engenharia Química, ramo Optimização Energética na Indústria Química e pretende-se efectuar a avaliação energética 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 área útil de pavimento do presente edifício é superior a 1000 m2, encontra-se englobado no conceito de Grande Edifício de Serviços (GES). A escolha do Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa para a realização do presente estudo prendeu-se com o facto de ser um objectivo da Câmara Municipal, mais concretamente do Departamento de Conservação e Manutenção de Estruturas Municipais, dar inicio aos procedimentos necessários para a certificação energética dos diversos edifícios Municipais, aliado ao facto das piscinas serem um tipo de edifício desportivo de elevada complexidade em termos de gestão, um grande consumidor de energia e possuidor de uma elevada diversidade de equipamentos. O objectivo principal será o de caracterizar energeticamente o edifício e optimizar os consumos do mesmo, de forma a reduzir, não só os consumos energéticos e respectiva factura, mas também nas emissões dos gases de efeito de estufa (CO2), pelo que a ordem de trabalhos inclui a realização de: - Avaliação Energética de acordo com o n.º1 do artigo 2º e artigo 34º do D. L. 79/2006; - Verificação dos Requisitos de Condução e manutenção das instalações de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC); - Caracterização Energética do Edifício – Índice de Eficiência Energética. A metodologia seguida baseou-se na utilizada para a realização de uma auditoria energética, sendo que foram contempladas as seguintes etapas: estudo pormenorizado da legislação referente à certificação de edifícios; realização de um levantamento de consumos energéticos reais da instalação (com base nas facturas energéticas); das suas características funcionais e levantamento dos vários equipamentos consumidores de energia. O Complexo Municipal de Piscinas de Folgosa é uma instalação cuja média de consumo de energia eléctrica nos últimos três anos foi de 445969 kWh/ano e de 87300 m3 de gás natural, representando um consumo global de energia primária de 174,85 tep/ano. De acordo com o Sistema de Certificação Energética o Índice de Eficiência Energética determinado é de 54,50 kgep/m2 .ano. Uma vez que o IEE determinado é superior ao valor de IEEReferência existentes, o edifício estará obrigado ao cumprimento de um Plano de Racionalização Energética (PRE). É apresentado um conjunto de medidas que visam uma redução do consumo de energia do edifício e consequentemente uma melhoria no Índice de Eficiência Energética.

Auditoria energética à indústria têxtil do Ave

A Indústria Têxtil do Ave S.A. (ITA) dedica-se, desde 1948, à produção de componentes têxteis para pneus em forma de fio torcido (corda) e tela. Estes componentes são quimicamente activados e impregnados em estufas, possibilitando assim a posterior adesão ao pneu. A máquina de impregnar corda Single End é composta pelos grupos de estiragem, por um recipiente contendo a solução química e por 4 estufas em série. A máquina de impregnar tela Zell é composta pelos grupos de estiragem, pelos acumuladores de saída e entrada, pelos recipientes com as soluções químicas e por um grupo de 7 estufas em série. O aquecimento das estufas é feito através da queima de gás natural. O presente trabalho teve como objectivo a realização de uma auditoria energética à ITA com um especial destaque às máquinas de impregnar corda (Single End) e tela (Zell). As correntes de entrada que contribuem para a potência térmica de impregnação são a combustão do gás natural, o ar de combustão, o ar fresco, o artigo em verde e as soluções químicas. As correntes de saída correspondem aos gases de combustão e exaustão, ao artigo impregnado e às perdas térmicas. A auditoria à máquina Single End mostrou que a potência térmica de impregnação é de 413,1 kW. Dessa potência térmica, 77,2% correspondem à combustão do gás natural, 6,7% ao ar de combustão, 15% ao ar fresco, 0,7% às cordas em verde e 0,4% à solução química. Da potência térmica de saída, 88,4% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,2% às cordas impregnadas e 8,4% às perdas térmicas. Da auditoria à máquina Zell observou-se que a potência térmica de impregnação é de 5630,7 kW. Dessa potência, 73,3% corresponde à combustão do gás natural, 1,6% ao ar de combustão, 24,5% ao ar fresco, 0,3% à tela em verde e 0,3% às soluções químicas. Da potência térmica de saída, 65,2% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,1% à tela impregnada e 31,7% às perdas térmicas. Foram sugeridas como medidas de optimização a redução dos caudais de exaustão das estufas e o aumento de temperatura do ar fresco. O aumento da temperatura do ar fresco da máquina de impregnar Single End para 50 ºC, usando ar quente dos torcedores, leva a uma poupança de 0,22 €/h, com um período de retorno do investimento de 13 anos e 4 meses enquanto o aumento para 120 ºC, usando o calor dos gases de combustão e exaustão, reduz os custos em 0,88 €/h, sendo o período de retorno para esse investimento de 2 anos e 6 meses. Na máquina de impregnar Zell, uma redução de 15% no caudal de exaustão numa das estufas leva a ganhos de 3,43 €/h. O aumento de temperatura do ar fresco para 45 ºC, usando o calor de gases de combustão e exaustão, leva a uma poupança de 9,93 €/h sendo o período de retorno para cada uma das duas sugestões de investimento de 5 meses e 9 meses.