Grupo I (13 points)



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Gestão de Sistemas Energéticos

Departamento de Engenharia Mecânica


Ano Lectivo de 2017/2018 – 3º Teste

Prof. responsável: Tânia Sousa

2 Junho 2018

Grupo I (13 points)

Considere o seguinte processo industrial, em que T é uma operação de tratamento e R uma operação de reciclagem. Todos os fluxos de massa estão indicados. Os consumos específicos de cada operação (energia final) estão indicados na tabela.




Factores de conversão SGCIE

Electricidade

0.215 tep/MWh

0.47 kg CO2 e/kWh

Gas Natural

1.077 tep/ton

2684 kg CO2 e/tep






Operação A

Operação T

Operação R

Electricidade (MWh/ton)

2500

0

250

Gas Natural

(kg/ton)

6620

700

0






Para um dado ano, a produção da fábrica (Produto 2) foi de 250 000 ton. A operação A envia 50 000 tons de resíduos para o tratamento (operação T) que rejeita 20% e o resto envia para a operação R. Assuma que a matéria prima (Produto 1) tem um consumo específico nulo.

A electricidade é usada nas operações A e R só para trabalho mecânico. O gás natural é usado só em caldeiras nas operações A e T.



  1. Qual o consumo especifico do produto 2 (kgep/ton)?

  2. Quais as energias primária, final e útil (tep) consumida por esta fábrica assumindo as seguintes eficiências energéticas:

  • Electricidade: trabalho mecânico (80%);

  • Gás natural: calor (85%).

  1. Desenhe o diagrama de Sankey desta fábrica (energia primária, final e útil).

  2. Qual seria o novo consumo específico do produto 2 (kgep/ton) se a operação T passasse a rejeitar só 10% do fluxo que recebe?

  3. A medida de eficiência da alínea anterior permitiria obedecer ao SGCIE? Justifique e comente.

Grupo II (7 points)

Considere válidos os seguintes fatores na resolução do problema:



Combustível/ electricidade

Conteúdo energético

Fator de emissão (directo)

Fator de emissão (direto + indirecto)

Gasolina

31.76 MJ/l

2.49 kg CO2e/l

2.99 kg CO2e/l

Diesel

35.95 MJ/l

2.67 kg CO2e/l

3.05 kg CO2e/l

Eletricidade

3,6 MJ/kWh

0 kg CO2e/kWh

0.369 kg CO2e/kWh

Uma pequena vila em Portugal tem 620 habitantes que utilizam meios de transporte diariamente. Os meios de transporte disponíveis são:

  • Cinco autocarros a diesel com capacidade máxima de 30 passageiros, cada um dos quais com uma taxa de ocupação média de 60%. Cada autocarro tem um consumo de combustível de 25 litros por cada 100 km, tendo em conta a velocidade média a que circula e a taxa de ocupação média. Estes veículos têm uma vida útil de 16 anos, sendo que nesses 16 anos percorrem, no total, 500 mil km.

  • Cento e trinta veículos a diesel com capacidade máxima para 5 passageiros. Destes veículos, metade circula com uma taxa de ocupação de 60% e a outra metade com uma taxa de ocupação de 20%. Os veículos têm uma vida útil de 10 anos, e circulam cerca de 9 mil km por ano. A velocidade média a que circulam estes veículos é de 90 km/h. O consumo de combustível destes veículos é função da velocidade média, de acordo com a tabela e gráfico seguintes. A tabela e gráfico são válidos para um veículo a diesel que circula com 1 passageiro. Cada passageiro adicional a circular nos veículos a diesel aumenta o consumo fornecido na tabela/figura em 5% para uma mesma velocidade média.

  • Noventa veículos a gasolina com capacidade máxima para 5 passageiros. Os veículos têm uma vida útil de 12 anos, e circulam cerca de 8 mil km por ano. Cada veículo tem um consumo médio de 10 litros por 100 km para a sua ocupação e velocidades médias (não sendo necessário realizar os ajustes indicados para os veículos a diesel).



Velocidade média

Consumo

(1 passageiro)

km/h

l/100km

10

17,5

20

13,0

30

9,5

40

7,0

50

5,5

60

5,0

70

5,5

80

7,0

90

9,5

100

13,0

110

17,5

120

23,0



(Nota: valores aplicáveis apenas para os veículos a diesel.)

Nas alíneas seguintes, caso necessite de utilizar pressupostos não indicados no enunciado para responder à questão, refira explicitamente quais os pressupostos utilizados e porquê. Caso necessite numa alínea do resultado de uma alínea anterior que não conseguiu resolver, assuma um valor.



  1. Considerando que cada habitante utiliza sempre o mesmo meio de transporte todos os dias, qual a taxa de ocupação média dos veículos a gasolina?

  2. Qual dos três meios de transporte é mais eficiente (a) em termos energéticos, e (b) em termos de emissões diretas de CO2? Como interpreta estes resultados (isto é, como justifica a ordenação dos três meios de transporte em termos de consumo de energia e emissões)?

  3. Indique qual o impacto da seguinte medida no consumo total de energia final e primária desta vila e nas emissões de emissões de CO2 (considerando emissões diretas + indiretas). Assuma que as eficiências de produção de diesel e gasolina no sector energético são 95% e a electricidade é 40%.

- Alteração da frota de autocarros, substituindo-os por autocarros elétricos, sem alteração na distribuição de passageiros pelos meios de transporte indicadas no enunciado (i.e. taxas de ocupação originais inalteradas). Assuma que esses novos autocarros têm um consumo de 1.1 kWh/km.


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