Sobre o conceito de exergoeconomia (termoeconomia), e a contabilização de ineficiências termodinâmicas no custo total do produto de um sistema de energia


Além da consideração do desempenho técnico no projeto de um sistema térmico, o desempenho económico deve ser tido em consideração, o que pode resultar num melhor projeto final. Portanto, há uma necessidade de estimar os principais custos envolvidos no projeto, como custo de investimento de capital total (CI), custos de combustível, despesas de operação e manutenção (O&M) e custo dos produtos finais. 

Um dos fatores mais importantes para a seleção de sistemas de energia é o custo do produto final, que poderia ser, por exemplo, o custo da eletricidade numa central de produçaõ, o custo do hidrogénio num central de produção de hidrogénio ou o custo da água doce numa central de dessalinização. O custo total de um item compreende custos fixos e custos variáveis. (...) Para se ter um melhor entendimento da avaliação económica dos sistemas energéticos, é melhor vinculá-la à exergia, que é uma ferramenta potencial para determinar as perdas no sistema. Assim, a exergoeconomia pode auxiliar a atingir esse objetivo. 

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Fonte: I. Dincer, Comprehensive Energy Systems - Volume 1 - Energy Fundamentals, 2018, Elsevier


 A exergoeconomia, também chamada de termoeconomia, é da noção de que a modelação térmica por si só não é um critério universal para a modelação, avaliação e otimização de um sistema de energia, uma vez que não considera o custo associado de energia nem as trocas de exergia dentro de um sistema.

A exergoeconomia foi desenvolvida com base na noção de que a base mais racional para o custo de alocação do material e do fluxo de energia num sistema de energia são as exergias que são transferidas por meio desses fluxos. Portanto, essa metodologia é chamada de exergoeconomia, que vem de uma combinação de análises exergéticas e económicas.

Exergoeconomia é um ramo da termodinâmica aplicada que combina princípios de análise de exergia e economia de engenharia para fornecer uma ferramenta racional para analisar as interações de massa e energia entre os subsistemas de um sistema de energia. Essa terminologia foi introduzida por Tsatsaronis em 1984. Para qualquer sistema de energia, é possível definir um produto do sistema em termos de exergia. Portanto, a exergoeconomia é utilizada para estimar o custo do produto de qualquer sistema energético por unidade de exergia do produto gerado e permite minimizar o custo do produto da planta como objetivo exergoeconómico.

O objetivo de qualquer otimização exergoeconómica é minimizar o produto de um sistema de energia enquanto este produto é constante. A análise exergoeconómica pode ser realizada para todo o sistema de energia ou no nível dos subcomponentes do sistema de energia para encontrar a taxa de custo da exergia transferida dentro de todo o sistema. Além disso, a exergoeconomia incorpora os custos associados às ineficiências termodinâmicas no custo total do produto de um sistema de energia. Usando a exergoeconomia, também é possível encontrar o custo das ineficiências termodinâmicas (destruição e perda de exergia) para todo o sistema ou seus subcomponentes (no nível do componente).

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Fonte: H. Sayyaadi, Modeling, Assessment, and Optimization of Energy Systems, 2020, Academic Press


Exemplos de investigação em curso envolvendo exergoeconomia : 





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Revista semanal de imprensa (BEQ.2020.24): Bondalti compra Enkrott, gás americano perdido, petrolíferas buscam soluções limpas, e OPEP impotente

 


A empresa do setor químico Bondalti, detida pelo grupo José de Mello, anunciou esta quarta-feira que acaba de adquirir uma participação de 68,5% na Enkrott - Gestão e Tratamento de Águas S.A., concretizando, assim, a entrada numa nova área de negócio. Em comunicado, a empresa (antiga CUF) salienta que "as soluções para tratamento de águas representam um novo caminho de crescimento da Bondalti, com grande complementaridade relativamente à sua atividade nos químicos industriais, nomeadamente a produção de cloro".


Quando a exportação de gás liquefeito americano começou a ganhar volume, essencialmente a partir de 2015, alguns políticos portugueses conceberam a ideia de transformar Sines num porto de chegada do gás que seria depois distribuído pela Europa através de rede de gasodutos. Sem um estudo sério que suportasse tal ideia, que mostrasse as vantagens em termos de custo, rapidez de distribuição e de segurança, a ideia foi marinando sem que nada fosse feito.


Biocombustíveis a partir de algas e turbinas eólicas voadoras são algumas das apostas das petrolíferas para se tornarem mais “verdes”. São investimentos tímidos ainda, até porque não é o seu core, como têm defendido. Porém, devido à pressão dos investidores e às metas da descarbonização, têm acelerado nos últimos anos. 


A estratégia de alinhamento na produção que a Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP) e os países aliados (a OPEP+) levaram a cabo desde 2016 tem tido um impacto limitado nos preços da matéria-prima. O objetivo seria levar o valor do barril para níveis mais próximos dos 100 dólares, mas — numa altura em que preços estão próximos dos 40 dólares — um novo estudo indica que, sem os cortes, a diferença não seria grande.
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Sobre o software de simulação de processos químicos CHEMCAD, e tarefas de EQ que com ele se podem realizar

 O CHEMCAD é um conjunto integrado de software de simulação de processos químicos intuitivo que se encaixa na tipologia de trabalho da engenharia química e aumenta a eficiência do engenheiro. Talvez mais significativamente, esta solução de software continua a evoluir para atender às necessidades cada vez maiores dos engenheiros químicos.

O melhor uso do software de simulação depende se o usuário trabalha para uma empresa química, refinaria, empresa de engenharia, empresa farmacêutica, etc. Em geral, os melhores usos de um simulador são os seguintes: (1) Investigar um novo processo simulando várias alternativas para determinar a viabilidade de cada uma; (2) Simular um processo existente para determinar as condições ideais, bottlenecks ou sensibilidade às mudanças do processo; (3) Simular um processo existente para determinar esquemas de controlo, comportamento dinâmico, etc.; (4) Trabalho de engenharia diário (por exemplo, pontos de bolha / orvalho, propriedades do fluido, dimensionamento do equipamento).


O CHEMCAD é uma ferramenta de produtividade, ele permite que faça muito mais do que pode fazer com outras ferramentas (honestamente, se você tivesse uma vida ou duas para resolver todas as equações que o CHEMCAD faz, você poderia obter as mesmas respostas com um lápis e papel ) Isso significa que um engenheiro pode ser até 100 vezes mais produtivo com o CHEMCAD. Obviamente, sem ferramentas de simulação de computador, muitos métodos de atalho são usados para acelerar os cálculos, embora sejam limitados por sua falta de rigor. É aqui que o benefício adicional da simulação entra em jogo. Depois que sua termodinâmica for verificada, você pode obter respostas com um grau muito maior de precisão do que com outras ferramentas. A precisão do seu modelo permite uma tomada de decisão mais inteligente e, por sua vez, maior benefício econômico.

CHEMCAD é programado em Visual C ++ .

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Sobre a extrografia, técnica de fracionamento que combina extração e cromatografia, e exemplos de uso em investigação


Processo de fracionamento de petróleo bruto pesado colombiano 
por extrografia acoplada à extração de Soxhlet. Fonte

Extrografia é uma técnica em que a amostra é fracionada por extração com solvente usando uma coluna cromatográfica. A amostra é suspensa num solvente que atua como um agente de impregnação, e um adsorvente (isto é, sílica gel ou alumina) é adicionado à suspensão. Após a mistura e remoção do solvente, a sílica gel impregnada com a amostra é compactada numa coluna de vidro, de forma que a amostra seja homogeneamente espalhada pela fase estacionária. A eluição de uma sequência de solventes de polaridade crescente resulta numa série de frações que diferem na composição química. 

A extrografia envolve a pré-separação dos componentes da amostra, em ordem decrescente de polaridade, na superfície polar das partículas adsorventes. Estes são então ordenadamente separados, em ordem crescente de polaridade, pela eluição dos solventes. A dessorção das moléculas é explicada em termos de energias de interação entre molécula-adsorvente e molécula-solvente. Quando o primeiro prevalece sobre segundo, as moléculas são retidas pelo adsorvente, ao passo que quando o último prevalece, as moléculas são eluídas com o solvente.

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Fonte: L.R. Radovic, Chemistry & Physics of Carbon, CRC Press, 2003


Exemplos de investigação em curso envolvendo extrografia : 


  • Sydney F. Niles, Martha L. Chacón-Patiño, Donald F. Smith, Ryan P. Rodgers, and Alan G. Marshall, Comprehensive Compositional and Structural Comparison of Coal and Petroleum Asphaltenes Based on Extrography Fractionation Coupled with Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance MS and MS/MS Analysis, Energy & Fuels 2020 34 (2), 1492-1505.



  • Q. Wang, D. Cui, S. Pan, Z. Wang, Q. Liu, B. Liu, Compositional characterization of neutral fractions in <300 °C distillates of six shale oils using extrography followed by GC-TOF/MS analysis, Fuel, 224 (2018) 610-618.



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    Coluna 'Ver para Crer' (BEQ.2020.23): os produtos "made in" mais famosos de cada país e a perceção do consumidor a seu respeito


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    Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.  

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    Revista semanal de imprensa (BEQ.2020.23): reciclagem de plástico, queima de lamas, polémica no gás engarrafado, e aviões a amoníaco



    A Braskem avança mais um pouco no aprimoramento da tecnologia de reciclagem química de plásticos pós-consumo. A companhia assinou um acordo de cooperação com o Laboratório de Engenharia de Polímeros da Coppe/UFRJ, Instituto Senai de Inovação em Biossintéticos e Fibras e com a Fábrica Carioca de Catalisadores. (...) Investimentos na etapa da pesquisa estão estimados em R$ 2,7 milhões


    A fábrica de cimento mais antiga do país tem hoje uma taxa de substituição de combustíveis fósseis por alternativos de 40%, mas a Cimpor acredita poder chegar a 90%. A queima de mais resíduos, e de novos tipos, que pediu à Agência Portuguesa do Ambiente, reduzirá emissões e custos energéticos.


    A Associação Portuguesa de Empresas Petrolíferas (Apetro) afirmou hoje estar perplexa com as "análises superficiais" que têm sido feitas ao mercado de GPL engarrafado, notando que o mesmo está em retração desde que foi introduzido o gás natural. (...) Em 31 de agosto, a Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (ERSE) pediu à Autoridade da Concorrência uma análise ao mercado de GPL engarrafado, por ter identificado margens de comercialização elevadas, entre outros problemas estruturais.


    As entidades Reaction Engines e o Britain’s Science and Technology Facilities Council (STFC) do Reino Unido, completaram um estudo de conceito sobre a utilidade da utilização do amoníaco como combustível para aviões a jato. Segundo as informações, é possível combinar a tecnologia de troca de calor dos Motores de Reação com os avançados catalisadores do STFC. O resultado, como se espera, é a produção de um sistema de propulsão sustentável e de baixas emissões para as aeronaves do futuro.
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    Sobre o sistema de pratos solares parabólicos e motores Stirling como tema forte da investigação no campo da energia solar

    " O motor Stirling foi projetado e fabricado pela primeira vez por Robert Stirling como um motor térmico de ciclo regenerativo. Ele patenteou o motor Stirling em 1816 [7]. Esses motores operam num ciclo termodinâmico regenerativo fechado que consiste em dois processos isocóricos e dois isotérmicos [8]. Os motores Stirling também são chamados de dispositivos termodinâmicos que operam com uma ampla variedade de fluidos, como ar, hidrogênio, hélio, azoto e até mesmo vapor de água. Os motores Stirling são atraentes porque podem operar usando qualquer fonte de calor de entrada, como solar, geotérmica, combustíveis fósseis, carvão e madeira. 

    Os motores Stirling têm muitas vantagens, como alta eficiência térmica, potência constante, flexibilidade para usar qualquer fonte de calor como entrada e muito menos ruído [14], [15]. Um motor Stirling diferencial de baixa temperatura opera com muito menos diferença de temperatura entre os lados quente e frio. "

    Esquema de operação do motor Stirling.

    "Em 1987, Meijer [17] patenteou um motor térmico de ciclo Stirling, com um concentrador de prato para gerar eletricidade. Antes disso, em 1908, Reader e Hooper desenvolveram um motor solar Stirling para bombeamento de água [18]. Diferentes trabalhos relacionados ao arranjo distinto do corpo imerso e do cilindro, fabricação e funcionamento dos motores solares Stirling também foram relatados. Entre muitas tecnologias baseadas em energia solar, esses sistemas foram considerados como tendo a maior eficiência de conversão solar em elétrica [19], [20], [21]. Um sistema Stirling de antena solar consiste em um arranjo de coletor parabólico, um motor Stirling e um gerador de energia situado no foco da antena [22]. 

    Nas últimas duas décadas, oito diferentes sistemas parabólica Stirling foram fabricados nos EUA, Alemanha, Rússia e Japão [5]. O primeiro complexo solar de grande capacidade (1,5 MW) envolvendo tecnologia Stirling  foi iniciado em operação no Arizona, EUA, em janeiro de 2010 [26]. "


    Esquema de operação do sistema de 
    pratos solares parabólicos e motores Stirling

    " Nos últimos anos, o foco da pesquisa está principalmente na modelação, simulação e aprimoramento do desempenho de motores solares Stirling. Atualmente, o sistema de pratos solares parabólicos e motores Stirling é o hotspot de investigação no campo da energia solar [27].

    O sistema de pratos solares parabólicos e motores Stirling provou ser a forma mais eficiente de gerar eletricidade a partir da energia solar. Devido à crescente comercialização desta tecnologia, a necessidade de maximizar a eficiência geral e minimizar perdas e custos tornou-se uma importante área de interesse para os investigadores.

    Muitos parâmetros como a razão de concentração, temperatura do absorvedor, temperatura do lado quente, temperatura do lado frio, eficácia do regenerador, fluido de operação, volume morto e valores médios de pressão de operação são geralmente considerados para a análise de desempenho de sistemas de pratos solares parabólicos e motores Stirling.

    A eficiência térmica máxima relatada para o sistema de pratos solares parabólicos e motores Stirling é de 32% a uma temperatura de absorção de 850 K, e para uma razão de concentração de 1300.

    Estes sistemas demonstraram a maior eficiência ao considerar o sistema de geração de energia baseado em energia solar, convertendo quase 30% da radiação do sol em energia elétrica [5]. Espera-se que a tecnologia dde pratos solares parabólicos e motores Stirling exceda a tecnologia de calhas parabólicas ao gerar eletricidade comparativamente a baixo custo e elevada eficiência. Estes sistemas são modulares e são autocontidos, portanto, podem ser instalados com tamanhos que variam de um quilowatt a 10 MW [6]. "

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    Fonte: U.R. Singh, A. Kumar, Review on solar Stirling engine: Development and performance,
    Thermal Science and Engineering Progress, 8 (2018) 244-256.
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    Sobre Belmiro de Azevedo, e a formação superior em EQ num contexto adverso para camadas sociais não privilegiadas chegarem à universidade


    "Em finais dos anos cinquenta, apenas cerca de 3% dos alunos que haviam iniciado a escola primária chegavam ao ensino superior. E, desses, uma percentagem bastante menor concluía o seu curso. Era, provavelmente, um dos mais significativos indicadores do modo como estava organizada a sociedade portuguesa sob a ditadura. A probabilidade de um aluno proveniente das camadas sociais não privilegiadas chegar à universidade era ínfima.

    (...) Os professores catedráticos, de um modo geral enfeudados ao regime e com outros cargos fora da universidade, davam poucas aulas. O ensino estava, aí, entregue sobretudo aos assistentes. A vida descolar desenvolve-se em função das frequências e do estudo de volumosas «sebentas». É feito um grande apelo à memória, mais do que à inteligência. Não se pode dizer que esse fosse o modelo preferido de Belmiro. O qual, em Outubro de 1956, com 18 anos feitos, inicia o seu curso superior na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, onde se desenrolavam os Preparatórios de Engenharia. Cerca de quatro anos depois - e após o interregno de um curto serviço militar - estará na Faculdade de Engenharia para prosseguir o curso escolhido.

    A Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto era uma das mais prestigiadas do país. Com partircular relevo para o curso de Engenharia Civil, aquele que mais candidados arregimentava. Em contrapartida, o curso de Engenharia Química era quase residual. Ser engenheiro, fosse qual fosse a especialidade era distintivo.

    (...) Em 23 de Junho de 1963, Belmiro faz o último exame do curso. A licenciatura em Engenharia Química será concluída, em 12 de Outubro de 1964, após dois estágios em empresas portuguesas - Refinaria Angola, em Matosinhos, e Fábrica de Sedas Nogueira, no Porto, empresa do grupo Efanor - e um estágio na Bélgica (Stella Artois). "

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    Fonte:  Belmiro | História de uma vida - Magalhães Pinto 
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    Coluna 'Ver para Crer' (BEQ.2020.22): os maiores países produtores de cerveja na Europa em 2019

     


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    Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica. 

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    Sobre as 17 universidades portuguesas e brasileiras de engenharia química que constam na edição 2020 do ranking de Shanghai

    São 17 as instituições lusófonas que constam no reputado Shanghai Ranking de 2020 na área de Engenharia Química. Este inclui as 500 melhores instituições de ensino de todo o mundo. No universo da lusofonia o pódio vai para três instituições portuguesas, a saber Universidade do Porto, seguida pela Universidade de Aveiro e Universidade de Lisboa ex aequo. 

    A quarta posição é ocupada ex aequo pelas Universidade Nova de Lisboa, Universidade de Campinas, e Universidade de São Paulo. Segue-se a Universidade de Coimbra, juntamente com a Universidade Federal do Rio de Janeiro e a Universidade Estadual de Maringá.

    A tabela abaixo lista estas instituições de acordo com o ranking mundial (reportado em gamas de posição), podendo consultar-se em igualmente a respectiva posição no ranking nacional.


      Ranking 
    Instituição Mundial Portugal Brasil
    Universidade do Porto 76-100 1 -
    Universidade de Aveiro 101-150 2-3 -
    Universidade de Lisboa 101-150 2-3 -
    Universidade Nova de Lisboa 201-300 4 -
    Universidade de Campinas 201-300 - 1-2
    Universidade de São Paulo 201-300 - 1-2
    Universidade de Coimbra 301-400 5 -
    Universidade Federal do Rio de Janeiro 301-400 - 3-4
    Universidade Estadual de Maringá 301-400 - 3-4
    Universidade do Minho 401-500 6 -
    Universidade Federal do Ceará 401-500 - 5-11
    Universidade Federal de Minas Gerais 401-500 - 5-11
    Universidade Federal do Paraná 401-500 - 5-11
    Universidade Federal do Rio Grande do Sul 401-500 - 5-11
    Universidade Federal de Santa Catarina 401-500 - 5-11
    Universidade Federal de São Carlos 401-500 - 5-11
    Universidade Federal de Uberlândia 401-500 - 5-11

    Mais sobre o Ranking de Shanghai 

    O Academic Ranking of World Universities (ARWU) usa seis indicadores objetivos para classificar as universidades mundiais, incluindo o número de ex-alunos e funcionários vencedores de prémios Nobel e medalhas Fields, o número de investigadores altamente citados selecionados pelo Clarivate Analytics, o número de artigos publicados em periódicos da Nature e Science, o número de artigos indexados no Science Citation Index - Expanded and Social Sciences Citation Index e o desempenho per capita de uma universidade. Mais de 1800 universidades são classificadas pelo ARWU todos os anos e as 1000 melhores são publicadas.

    Para serem incluídas num ranking de disciplinas, as universidades precisam ter um número mínimo de publicações de investigação durante o período de 2014-2018. O limite de publicação é diferente para assuntos diferentes.

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    A distorção mais óbvia encontrada no ARWU é previlegiar resultados da investigação e não a qualidade do ensino e desempenho dos alunos. Porém, esta distorção está clara na metodologia, e o enfoque na  produção de científica e na capacidade acadêmica do corpo docente dão ao ARWU um nível relativamente sólido de credibilidade entre uma ampla gama de interessados no ensino superior, em particular, investigagores e autoridades formuladoras de políticas para o setor. Essa limitação a dados mais objetivos é o que também dá ao ARWU sua força e reputação como o mais confiável entre as demais classificações globais.

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