Estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica no apoio a sistemas solares de aquecimento de água

É muito difícil falar sobre aquecimento de água usando energia solar, sem falar em energia de apoio, ou auxiliar. Essa indispensável energia auxiliar, que pode ser eletricidade, gás ou um outro combustível qualquer, tem por objetivo substituir a energia solar nos dias nublados, ou complementá-la nos períodos de baixa radiação solar. Sua finalidade é manter um certo volume de água quente dentro das condições mínimas de temperatura para uso imediato. Essa energia, tão importante para a eficácia do sistema, tem sempre um custo agregado que deve ser considerado no projeto. A escolha do tipo de energia auxiliar recai justamente sobre a eletricidade por sua facilidade de controle e baixo investimento inicial. O custo da energia elétrica, contudo, é hoje alto o suficiente para que a fração elétrica no consumo de energia do sistema seja importante e passe a merecer mais atenção. Esta dissertação visa a estudar estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica auxiliar. O trabalho foi desenvolvido através da simulação do atendimento de uma residência unifamiliar, habitada por cinco pessoas, com um consumo de água quente variável ao longo do dia e igual para todos os dias do ano. Empregou-se para as simulações de todos os casos estudados, o software TRNSYS em sua versão 14.2, (KLEIN, 1997) que demonstrou eficácia e coerência nos resultados obtidos Ao longo do trabalho foram simulados mais de setecentos casos, variando-se parâmetros como área de coletores, volume do reservatório, potência elétrica, dentre outros. Com os resultados obtidos nas simulações foram elaboradas tabelas e gráficos dos quais foi possível retirar algumas conclusões relevantes tais como a dependência do consumo de energia auxiliar com o volume do reservatório, número de coletores, potência da resistência de aquecimento e sua altura, bem como a altura do termostato. A partir dos resultados deste trabalho foi possível a elaboração de uma série de recomendações relativas a estudo e a projeto de sistemas de aquecimento solar de água quente para uso doméstico, visando à otimização na utilização do sistema de energia auxiliar.

Análise energética e exergética de um ciclo rankine com aquecimento distrital : estudo de uma planta termelétrica

Este trabalho tem por objetivo simular e analisar uma usina termelétrica a carvão em várias condições de funcionamento. A usina simulada neste trabalho é a AVV 1 localizada em Copenhague, Dinamarca. A AVV 1 é uma usina de geração de potência e aquecimento distrital que pode funcionar em várias condições de carga. A simulação da usina supracitada foi tema de um concurso de simuladores proposto no congresso ECOS 2003 realizado em Copenhague, Dinamarca. Para a realização deste trabalho foi construído um programa na linguagem FORTRAN 90. Cada componente da usina é modelado através de equações de balanço de massa e energia, e o sistema completo tem sua solução obtida pelo método de substituição sucessiva. Para viabilizar essa solução é necessário também implementar uma rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. No caso estudado, o fluido de trabalho da usina é a água e a formulação utilizada para o cálculo de suas propriedades nos diversos estados é a IAPWS IF-97. A usina é simulada em dois modos de operação: modo de condensação, onde ocorre apenas geração de eletricidade, e em modo de contrapressão, onde há geração de eletricidade e aquecimento distrital, conforme nomenclatura sugerida pela organização do concurso No modo de condensação, são feitas quatro séries de simulações variando a carga de 100% a 40%. Cada série contém um conjunto de hipóteses quanto à variação das eficiências isoentrópicas e pressões das turbinas em função da vazão mássica. No modo de contrapressão, a usina é simulada funcionando com 100% da carga. O programa desenvolvido calcula as propriedades para qualquer ponto de trabalho ao longo da planta, assim como a eficiência da mesma, a potência gerada, e todas as vazões mássicas pertinentes. Além disso, é feita também uma análise exergética da planta. A simulação demonstrou que a planta possui uma eficiência global de 42,02% com uma geração de 250,2 MW em 100% de carga no modo de condensação. Nessas mesmas condições, do ponto de vista exergético, a eficiência encontrada é de 37,21%. No modo de contrapressão, a usina apresenta uma eficiência exergética de 40,19% com um aproveitamento energético de 90,55%. Por fim, é possível também verificar a comportamento da eficiência da planta e a variação de água de resfriamento do condensador com a carga. Os resultados gerados são próximos àqueles encontrados pelos diversos pesquisadores que abordaram o problema.

Desenvolvimento de um programa de simulação computacional de sistemas de aquecimento solar para água

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações.

Avaliação da subluxação da articulação cricotireóidea no tratamento da paralisia unilateral de prega vocal

Resumo não disponível

Análise energética de sistemas de aquecimento de água com energia solar e gás

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento de água combinando energia solar e gás como fontes energéticas. A ênfase desta análise está na influência que a forma de conexão dos coletores solares e do circuito da fonte auxiliar de energia ao reservatório exercem sobre a eficiência e o custo de operação do sistema. O trabalho engloba uma montagem experimental, caracterização de componentes, validação experimental de um programa de simulação, análises de eficiência utilizando o programa e análises econômicas com dados simulados. Na fase experimental desta Tese, foram montados três sistemas de aquecimento de água. Dois sistemas utilizando reservatórios verticais e um sistema utilizando reservatório horizontal. Os sistemas foram montados com componentes similares: reservatórios metálicos isolados termicamente com capacidade de 600 litros (verticais), reservatório de polietileno isolado termicamente com capacidade de 600 litros (horizontal), 2 coletores solares de placas planas, tubulação de cobre e aquecedores a gás de passagem de 7,5 l /min. Os componentes foram caracterizados mediante a curva de eficiência dos coletores solares, eficiência dos aquecedores a gás de passagem e o coeficiente de perdas térmicas dos reservatórios Sensores foram instalados para monitorar os sistemas em operação. Os sinais dos sensores foram medidos através de uma central de aquisição de dados conectado a um computador. Temperaturas, irradiância solar, consumo de gás e consumo de água foram registrados ao longo do tempo. Os resultados experimentais foram comparados com resultados calculados por meio de um programa desenvolvido no Laboratório de Energia Solar apresentando boa concordância. Utilizando o mesmo programa determinou-se a configuração do sistema de aquecimento de água com energia solar e gás mais eficiente para a cidade de Porto Alegre com um determinado perfil de consumo. Outros tipos de sistemas de aquecimento de água foram simulados para atender o mesmo perfil de demanda. Análises econômicas comparando estes sistemas entre si foram realizadas considerando diversos cenários econômicos.

2040 : o aquecimento global gerando impacto econômico na produção de cana no Estado de São Paulo

A questão básica deste estudo é avaliar qual o grau de influência da mudança do clima na produção da cana-de-açúcar e o impacto no desenvolvimento do setor sucroenergético do Brasil. O aquecimento global é um fenômeno climático de grande extensão: o aumento da temperatura média na superfície da Terra vem ocorrendo desde o início do século passado. Vários debates científicos buscam explicar esse fenômeno de elevação de temperatura. A grande discussão entre os cientistas é saber se as causas são apenas os ciclos naturais do planeta e/ou se têm sido provocada pelo homem (antropogênicas). O aquecimento global, quer seja provocado por influência do desenvolvimento humano, seja por fatores cíclicos naturais do planeta, ou por ambos, é uma realidade que terá que ser enfrentada nas próximas décadas. O estado de São Paulo apresenta hoje as melhores condições climáticas para produção da cana no país e uma mudança climática poderá gerar impacto econômico direto no setor sucroenergético do Brasil e no PIB brasileiro. Nesse sentido, uma avaliação é feita, considerando o aumento da temperatura nas próximas décadas, das possíveis alterações tanto na expansão da área plantada, quanto na produção da cana-de-açúcar no estado de São Paulo, tendo como premissa básica os cenários climáticos definidos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas no ano de 2007.

Aplicação do modelo discreto-contínuo para o caso da escolha do sistema de aquecimento de água domiciliar e o efeito sobre o consumo de energia elétrica

O objetivo deste trabalho passa por entender o impacto dos fatores não observáveis na escolha do sistema de aquecimento de água na intensidade do consumo de eletricidade domiciliar. Para isto será aplicado um modelo discreto-contínuo para entender o efeito da escolha discreta do tipo de aquecimento de água domiciliar sobre o consumo de energia elétrica do mesmo domicílio, escolha contínua. Primeiramente foi usado um modelo LOGIT e por meio deste foram entendidos os fatores que influenciam a escolha discreta do consumidor. Com os resultados encontrados na escolha discreta, temos em um segundo momento que constatar se esta escolha é significante para a intensidade do consumo de energia elétrica. Os resultados obtidos usando o método de Hausmann demonstraram que ignorar este fator (escolha discreta) pode levar a estimadores viesados para a parte contínua do modelo, ou seja, a escolha discreta é significante e ajuda a explicar o consumo de energia elétrica domiciliar. Os resultados mostraram que temos diferenças de até 10% no estimador obtido quando ignoramos este fator. É importante notar que este tipo de falha no cálculo, pode trazer problemas na decisão e na quantidade de investimento de um país. Além disso, os resultados reforçaram e ratificaram o trabalho desenvolvido por Dubbin e McFadden (1984) que foram usados como base para o estudo.

Estudo do desempenho de um sistema de aquecimento de água por energia solar e gás

A energia solar esta sendo cada vez mais utilizada para o aquecimento de água, tanto para o uso industrial, comercial e residencial, apresentando, esta última, um crescimento muito expressivo nos últimos anos, devido às ações de marketing de algumas empresas do setor. Para manter a temperatura da água do reservatório nas condições estabelecidas para o uso é necessário à utilização de uma fonte de energia auxiliar. As duas fontes de energia auxiliar mais empregadas nos sistemas de aquecimento de água por energia solar são a eletricidade e o gás. A escolha do gás como fonte auxiliar de energia, apesar de apresentar um investimento inicial superior ao da energia elétrica, representa um menor custo operacional em longo prazo. Na presente dissertação foram realizadas simulações computacionais para a cidade de Porto Alegre - RS, através do aplicativo TERMOSIM, com a finalidade de analisar o comportamento energético de um sistema de aquecimento de água por energia solar, por circulação natural (termossifão), utilizando como fonte de energia auxiliar o gás. Esta análise foi desenvolvida com a variação de parâmetros construtivos, de parâmetros de utilização e dos parâmetros de qualidade dos materiais e, ainda, com a caracterização dos componentes da instalação. Para a execução do trabalho foram realizadas 3456 simulações. Considerando os resultados obtidos foram elaboradas tabelas e gráficos, por meio dos quais verificou-se a influência do número de coletores, do volume do reservatório, da altura do termostato, da razão de aspecto do reservatório, do consumo de água quente e da qualidade dos coletores sobre a eficiência do sistema. O aplicativo demonstrou coerência nos resultados gerados, motivo pelo qual foi possível identificar, por meio da análise dos mesmos, quais os parâmetros que exercem maior influência no desempenho do sistema de aquecimento de água. Combinando os resultados, foi desenvolvida uma equação para estimar a eficiência média mensal do sistema.

Efeito da velocidade de aquecimento nas propriedades de produtos da cerâmica estrutural

Heating rate is one of the main variables that determine a fire cycle. In industrial processes that use high temperatures, greater fire great can reduce the cost of production and increase productivity. The use of faster and more efficient fire cycles has been little investigated by the structural ceramic industry in Brazil. However, one of the possibilities that aims at modernizing the sector is the use of roller kilns and the inclusion of natural gas as fuel. Thus, the purpose of this study is to investigate the effect of heating rate on the technological properties of structural ceramic products. Clay raw materials from the main ceramic industries in the state of Rio Grande do Norte were characterized. Some of the raw materials characterized were formulated to obtain the best physical and mechanical properties. Next, raw materials and formulations were selected to study the influence of heating rate on the final properties of the ceramic materials. The samples were shaped by pressing and extrusion and submitted to rates of 1 °C/min, 10 °C/min and 20 °C/min, with final temperatures of 850 °C, 950 °C and 1050 °C. Discontinuous cycles with rates of 10 °C/min or 15 °C/min up to 600 °C and a rate of 20 °C/min up to final temperature were also investigated. Technological properties were determined for all the samples and microstructural analysis was carried out under a number of fire conditions. Results indicate that faster and more efficient fire cycles than those currently in practice could be used, limiting only some clay doughs to certain fire conditions. The best results were obtained for the samples submitted to slow cycles up to 600 °C and fast fire sinterization up to 950 °C. This paper presents for the first time the use of a fast fire rate for raw materials and clay formulations and seeks to determine ideal dough and processing conditions for using shorter fire times, thus enabling the use of roller kilns and natural gas in structural ceramic industries

Estudo paramétrico da recuperação de petróleo pesado por aquecimento eletromagnético resistivo

Electrical resistive heating (ERH) is a thermal method used to improve oil recovery. It can increase oil rate and oil recovery due to temperature increase caused by electrical current passage through oil zone. ERH has some advantage compared with well-known thermal methods such as continuous steam flood, presenting low-water production. This method can be applied to reservoirs with different characteristics and initial reservoir conditions. Commercial software was used to test several cases using a semi-synthetic homogeneous reservoir with some characteristics as found in northeast Brazilian basins. It was realized a sensitivity analysis of some reservoir parameters, such as: oil zone, aquifer presence, gas cap presence and oil saturation on oil recovery and energy consumption. Then it was tested several cases studying the electrical variables considered more important in the process, such as: voltage, electrical configurations and electrodes positions. Energy optimization by electrodes voltage levels changes and electrical settings modify the intensity and the electrical current distribution in oil zone and, consequently, their influences in reservoir temperature reached at some regions. Results show which reservoir parameters were significant in order to improve oil recovery and energy requirement in for each reservoir. Most significant parameters on oil recovery and electrical energy delivered were oil thickness, presence of aquifer, presence of gas cap, voltage, electrical configuration and electrodes positions. Factors such as: connate water, water salinity and relative permeability to water at irreducible oil saturation had low influence on oil recovery but had some influence in energy requirements. It was possible to optimize energy consumption and oil recovery by electrical variables. Energy requirements can decrease by changing electrodes voltages during the process. This application can be extended to heavy oil reservoirs of high depth, such as offshore fields, where nowadays it is not applicable any conventional thermal process such as steam flooding

Projeto e controle de um sistema de aquecimento no Laboratório de Avaliação de Medição em Petróleo

The Oil Measurement Evaluation Laboratory (LAMP), located in the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN), has as main goal to evaluate flow and BS&W meters, where the simulation of a bigger number of operation variable in field, guarantees a less uncertain evaluation. The objective of this work is to purpose a heating system design and implementation, which will control the temperature safely and efficiently in order to evaluate and measure it. Temperature is one of the variables which influence the flow and BS&W accurate measurement, directly affecting the fluid viscosity and density in the experiment. To project the heating system it is of great importance to take the laboratory requirements, conditions and current restrictions into consideration. Three alternatives were evaluated: heat exchanger, internal resistance and external resistance. After the analyses are made in order to choose the best alternative for the heating system in the laboratory, control strategies were determined for it, PID control methods in combination with fuzzy logic were used. Results showed a better performance with fuzzy logic than with classic PID