Síntese e otimização de um sistema de poligeração para uma indústria de laticínios

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Correia, Victor Hugo Lôbo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20911
Resumo: The food and beverage industry presents the highest rate of electricity consumption in the Brazilian industrial sector. In this sector, the dairy industry is remarkable because it represents an important activity for the national economy and has a high energy demand. In this context, the present study aims to synthesize and to optimize a polygeneration system for a dairy industry located in João Pessoa, Northeast Brazil, in order to improve energy efficiency and economic indicators. Initially, for each utility the monthly, daily, and hourly demand profiles were established over a representative year. The industry energy demands are steam, hot water, electricity, and chilled water. Based on the energy demands, a superstructure was built to represent all the possible processes and connections of the energy supply system and using commercially available equipment and locally available energy sources. The optimization model is based on mixed-integer linear programming and its objective function is to minimize the total annual costs of the polygeneration system. The model determines the optimal combination between pieces of equipment, connections, and energy sources inside the superstructure. Also, sensitivity analyses were carried out to assess the system’s behavior under variations of energy demands, fuel costs, and the capital recovery factor. The optimal system showed a reduction of 25,38% in the total annual cost when compared to the reference system which the optimization model does not allow the use of cogeneration and renewable energy. This reduction is reached by the combination of diesel and natural gas generators with electricity purchase from the local grid to meet electricity and chilled water demands. As a result of the sensitivity analysis, the optimal system demonstrated a good performance under fuel price variations, maintaining its original configuration in most of the scenarios. Regarding demand variations, the optimal solution does not present a resilient behavior.
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Based on the energy demands, a superstructure was built to represent all the possible processes and connections of the energy supply system and using commercially available equipment and locally available energy sources. The optimization model is based on mixed-integer linear programming and its objective function is to minimize the total annual costs of the polygeneration system. The model determines the optimal combination between pieces of equipment, connections, and energy sources inside the superstructure. Also, sensitivity analyses were carried out to assess the system’s behavior under variations of energy demands, fuel costs, and the capital recovery factor. The optimal system showed a reduction of 25,38% in the total annual cost when compared to the reference system which the optimization model does not allow the use of cogeneration and renewable energy. This reduction is reached by the combination of diesel and natural gas generators with electricity purchase from the local grid to meet electricity and chilled water demands. As a result of the sensitivity analysis, the optimal system demonstrated a good performance under fuel price variations, maintaining its original configuration in most of the scenarios. Regarding demand variations, the optimal solution does not present a resilient behavior.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO segmento de alimentos e bebidas apresenta o maior consumo energético no setor industrial brasileiro. Dentro deste setor, pode-se destacar a indústria de laticínios, que representa uma atividade de grande importância para a economia nacional e possui uma alta demanda energética. Em vista disso, o presente trabalho tem o objetivo de realizar a síntese e otimização de um sistema de poligeração para uma indústria de laticínios localizada em João Pessoa/PB. Inicialmente, para cada utilidade foram determinados os perfis de demanda para eletricidade, vapor, água gelada e água quente. Construiu-se uma superestrutura para representar as alternativas de fornecimento de energia, utilizando equipamentos comercialmente disponíveis e fontes energéticas disponíveis localmente. Para a otimização, foi utilizado um modelo de programação linear inteira mista com a função objetivo de minimizar o custo anual total do sistema energético. O modelo de otimização determinou a combinação ótima de equipamentos, conexões e fontes energéticas. Também foram realizadas análises de sensibilidade para avaliar o comportamento do sistema em relação a variações nas demandas energéticas, custo dos combustíveis e no fator de recuperação do capital. O sistema ótimo apresentou uma redução de 25,38% no custo anual quando comparado com o sistema de referência, no qual foram excluídas as possibilidades de cogeração e utilização de fontes renováveis. Essa redução ocorreu devido à combinação de geradores (a gás natural e diesel) com a compra de eletricidade da concessionária local para atender a demanda de eletricidade e refrigeração. Por meio das análises de sensibilidade, foi possível verificar que o sistema ótimo apresentou um bom desempenho diante das variações no preço dos combustíveis, mantendo sua configuração original na maioria dos cenários. Já em relação à variação da demanda, o sistema não apresentou comportamento resiliente.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBCarvalho, Monicahttp://lattes.cnpq.br/7491245049317833Correia, Victor Hugo Lôbo2021-08-30T17:22:29Z2021-03-182021-08-30T17:22:29Z2021-02-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20911porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-09T18:36:39Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/20911Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2022-08-09T18:36:39Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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