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[en] MICROESTRUCTURE AND MAGNETIC RESPONSE OF ALUMINUM AND IRON SPINEL (FEAL2O4) SYNTHESIZED BY COMBUSTION REACTION / [pt] MICROESTRUTURA E RESPOSTA MAGNÉTICA DO ESPINÉLIO DE ALUMÍNIO E FERRO (FEAL2O4) SINTETIZADO POR REAÇÃO DE COMBUSTÃOJESANA DE MOURA SILVA 30 April 2020 (has links)
[pt] Ferritas do tipo espinélio têm atraído atenção devido a suas propriedades magnéticas com possibilidade de aplicações em dispositivos spintrônicos e de memória magnética, além de aplicações em catálise. Este trabalho tem como objetivo sintetizar o espinélio de alumínio e ferro (FeAl2O4) pelo método de síntese reação de combustão e avaliar suas características estruturais e morfológicas bem
como suas propriedades magnéticas devido a sua ampla possibilidade de aplicações. A síntese deste material foi feita utilizando soluções concentradas dos nitratos metálicos hidratados de ferro e alumínio, variando o tipo e quantidade de combustível no intuito de verificar sua influência na microestrutura do produto. Os combustíveis utilizados neste trabalho foram ureia e ácido cítrico, ambos em quantidade estequiométrica, dita ideal, calculada a partir da teoria química dos propelentes, além de reações com quantidades acima e abaixo do ideal. Uma síntese apenas utilizando os nitratos metálicos, sem combustível, foi feita para comparação. O produto final das diferentes sínteses foram caracterizados em termos de estrutura e composição por meio de difração de raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Eletrônica Transmissão (MET). As propriedades magnéticas foram obtidas por magnetometria de amostra vibrante e a identificação das fases de ferro por espectroscopia Mössbauer. As análises indicaram que a amostra sintetizada sem combustível corresponde a óxidos de ferro e de alumínio, majoritariamente amorfo, com formação de partículas nanométricas de hematita (Fe2O3) e um comportamento paramagnético. As caracterizações das amostras produzidas com ureia apresentam maior cristalinidade em relação a sintetizada sem combustível, com a amostra em quantidade estequiométrica de ureia, resultando em um produto monofásico identificado como o espinélio FeAl2O4, misto. Já as amostras com excesso e deficiência de ureia tiveram como produto, além da formação do espinélio desejado, a formação de outra fase identificada como magnetita (Fe3O4), sendo todas as amostras sintetizadas com ureia manifestando comportamento ferromagnético. As amostras sintetizadas com ácido cítrico, em todas as condições, apresentaram um sistema trifásico constituído pelo espinélio, magnetita e hematita e mostraram comportamento também ferromagnético. Neste trabalho é mostrado que a síntese por reação de combustão se mostrou eficiente para produzir o FeAl2O4, alcançando melhores resultados utilizando ureia como combustível, em quantidade ideal. / [en] Spinel-like ferrites has attracted attention due to its magnetic properties with the possibility of spintronic and magnetic memory devices applications as well as catalysis applications. This work aims to synthesize aluminum and iron spinel (FeAl2O4) by combustion reaction synthesis method and evaluate its structural and morphological characteristics, as well as its magnetic properties due to its wide application possibilities. The synthesis of this material was made using concentrated solutions of hydrated iron and aluminum metal nitrates, varying the type and quantity of fuel in order to verify its influence on the product microstructure. The fuels used in this work were urea and citric acid, both in
stoichiometric quantity, said ideal, calculated from the chemical theory of propellants, and reactions with quantities above and below ideal. A synthesis using only metal nitrates without fuel was made for comparison. The final product of the different syntheses were characterized in terms of structure and composition by Xray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Magnetic properties were obtained by vibrating sample magnetometry and the iron phase identification by Mössbauer spectroscopy. The analysis indicated that the sample synthetized without fuel corresponds to iron and aluminum oxides, mostly amorphous, with formation of nanometer hematite particles (Fe2O3) and a paramagnetic behavior. The characterizations of the samples produced with urea show higher crystallinity than the synthesized without fuel, with the sample in stoichiometric amount of urea, resulting in a single phase product identified as FeAl2O4 mixed spinel. The samples with excess and deficiency of urea had as product, besides the formation of the desired spinel, the formation of another phase identified as magnetite (Fe3O4), being all the samples synthesized with urea manifesting ferromagnetic behavior. The samples synthesized with citric acid,
under all conditions, presented a triphasic system consisting of spinel, magnetite and hematite and showed also ferromagnetic behavior. In this work it is shown that combustion reaction synthesis was efficient to produce FeAl2O4, achieving better results using urea as fuel, in ideal quantity.
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[pt] DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO NUMÉRICO PARA ANÁLISE ENERGÉTICA E EXERGÉTICA DE CALDEIRAS FLAMO-TUBULARES OPERANDO EM REGIME PERMANENTE COM GÁS NATURAL / [en] DEVELOPMENT OF A NUMERICAL MODEL FOR ENERGY AND EXERGY ANALYSIS OF FIRE TUBE BOILERS OPERATING IN PERMANENT REGIME WITH NATURAL GASVANESSA BAUTISTA PAGANELLI 27 September 2022 (has links)
[pt] Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo termodinâmico para uma
caldeira flamotubular, de três passes, operando em regime permanente com gás
natural boliviano. Foi testado o impacto no cálculo da temperatura no final de cada
passe de várias correlações de troca de calor encontradas na literatura. Um
planejamento composto central permitiu avaliar simultaneamente o impacto da
variação de seis parâmetros (diâmetro dos tubos no primeiro passe e nos dois passes
seguintes, comprimento da caldeira, número de tubos no segundo e terceiro passe e
porcentagem de excesso de ar na combustão) e obter um modelo polinomial
empírico a fim de otimizar as eficiências energética e exergética de caldeira. Um
teste de malha foi realizado com temperaturas no final da chama, câmara de
combustão, segundo e terceiro passes e apontou que, a partir de 200 divisões em
cada passe o impacto do volume não é mais significativo na temperatura. O modelo
foi validado com dados experimentais, observando-se que a diferença entre os
valores experimentais e teóricos das temperaturas do primeiro e segundo passes é
inferior a 22,9 graus C e menor que 43,9 graus C no terceiro passe. Com os modelos
polinomiais robustos obtidos com o planejamento de experimentos, foi possível
observar os parâmetros mais significativos, tanto para as eficiências energética e
exergética, assim como para a destruição de exergia. São por ordem decrescente de
importância: o excesso de ar; as duas contribuições associadas ao comprimento da
caldeira; o número de tubos nos segundo e terceiro passes e; o diâmetro dos tubos
no segundo e terceiro passe e o diâmetro do tubo no primeiro passe. Além disso, foi
possível quantificar o trade-off entre o aumento da superfície de troca de calor e a
manutenção do nível de turbulência do escoamento. / [en] In this work, a thermodynamic model was developed for a three-pass
firetube boiler operating in a steady state with Bolivian natural gas. The sensitivity
in the temperature profile of various heat exchange correlations found in the
literature was tested. A central composite design made it possible to simultaneously
evaluate the impact of the variation of six parameters (diameter of tubes in the first
and two subsequent passes, boiler length, number of tubes in the second and third
passes and percentage of excess air in combustion) and obtain an empirical
polynomial model to optimize boiler energy and exergetic efficiencies. A mesh test
was performed with temperatures at the end of the flame, combustion chamber,
second and third passes and pointed to from 200 divisions in each pass the impact
of volume is no longer significant on temperature. The model was validated with
data obtained experimentally, observing that the difference between the
experimental and theoretical values of the temperatures of the first and second
passes is less than 22.9 degrees C and less than 43.9 degrees C in the third pass. With the robust
polynomial models obtained with the design of experiments, it was possible to
observe the most significant parameters, both for energy and exergetic efficiencies,
as well as for exergy destruction. They are, in decreasing order of importance:
excess air; the two contributions associated with the length of the caldera; the
number of tubes in the second and third passes and the diameter of the tubes in the
second and third pass and the diameter of the tube in the first pass. In addition, it
was possible to quantify the trade-off between increasing the heat exchange surface
and maintaining the flow turbulence level.
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[en] COMBUSTION, EFFICIENCY AND PERFORMANCE COMPUTATIONAL MODELING FOR OTTO CYCLE ENGINES AND VEHICLES FOCUSED ON FUEL COMPOSITION AND PROPERTIES / [pt] MODELAGEM COMPUTACIONAL DOS PARÂMETROS DE COMBUSTÃO, EFICIÊNCIA E DESEMPENHO DE MOTORES E VEÍCULOS DO CICLO OTTO EM FUNÇÃO DA COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES DOS COMBUSTÍVEISANTONIO CARLOS SCARDINI VILLELA 05 January 2018 (has links)
[pt] Os modelos computacionais comerciais atualmente disponíveis, em geral, não são satisfatoriamente sensíveis a variações na composição e nas propriedades dos combustíveis, não sendo capazes de predizer os seus efeitos no desempenho dos motores e veículos com precisão. Dessa forma, o desenvolvimento de combustíveis é fortemente dependente de experimentos em motores e veículos, demandando significativos custos e prazos de execução. A motivação do presente desenvolvimento reside em fornecer contribuições inéditas para a modelagem computacional de motores e veículos. O foco do trabalho está nos efeitos da composição e das propriedades dos combustíveis sobre os parâmetros de combustão, eficiência e desempenho, buscando a otimização do processo de desenvolvimento de combustíveis. Foi estabelecida metodologia para a modelagem computacional das curvas de pressão no interior do cilindro de um motor do ciclo Otto. Os valores de torque, pressão máxima e ângulo de pressão máxima, obtidos a partir das curvas de pressão simuladas apresentaram, em geral, variações percentuais de até 3 por cento, 5 por cento e 2 graus, respectivamente, em relação aos experimentos. Foi desenvolvida metodologia para a modelagem computacional da autonomia urbana em veículos leves do ciclo Otto, com resultados simulados situados dentro da faixa de incerteza do experimento, de 1,5 por cento. Foram estabelecidas metodologias para modelagem computacional dos tempos de retomada de velocidade e de parâmetros de desempenho de veículos em condições de velocidade constante. A maioria dos resultados simulados se enquadrou na faixa de 3 por cento de diferença em relação aos experimentos. / [en] In general, engine s and vehicle s simulation softwares currently available in the market, are not satisfactorily sensitive to composition and fuel properties variations, being unable to accurately predict effects on overall performance. Thus, fuel development process is strongly dependent on engines and vehicles experiments, requiring high costs and long times. This work aims to provide inedited contributions to engines and vehicles computational modeling, focusing on fuel composition and properties on its combustion parameters, efficiency and performance, as well as, to optimize fuel development process. It was established a methodology for an Otto cycle engine in cylinder pressure curves simulation. Torque, maximum pressure and maximum pressure crank angle obtained from the simulated pressure curves presented, in general, percentage changes up to 3 percent, 5percent and 2 degrees, respectively, compared to experiments. It was developed a methodology for Otto cycle light-duty vehicles urban autonomy, with simulated results within the experimental uncertainty range, of 1.5 percent. Methods for speed recovery times and vehicle performance parameters at constant speed simulations were developed. Most simulated results were within the range of 3 percent difference compared to experiments.
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[en] NUMERICAL STUDY OF THE INTERACTION BETWEEN THERMAL RADIATION AND SOOT FORMATION IN THE TURBULENT COMBUSTION OF LIQUID AND GASEOUS FUELS / [pt] ESTUDO NUMÉRICO DA RADIAÇÃO TÉRMICA E SUA INTERAÇÃO COM A FULIGEM FORMADA NA COMBUSTÃO TURBULENTA DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS E GASOSOSELDER MARINO MENDOZA ORBEGOSO 09 January 2015 (has links)
[pt] O presente trabalho apresenta um estudo numérico da transferência de energia por radiação e sua interação com as propriedades radiantes cinzas e espectrais dos gases produtos da combustão e da fuligem que são formados em um processo de combustão turbulenta. Assim, utilizam-se sistemas de forno/- queimador que operam em regime de chama não pré-misturada de maneira a avaliar, através da dinâmica dos fluidos computacional (CFD), a influência que exercem os diversos modelos de propriedades radiantes sobre a representação da termoquímica do escoamento reativo. Com o objetivo de identificar as principais características e deficiências que apresentam cada um destes modelos, foram considerados dois cenários. O primeiro, correspondente a um problema de radiação unidimensional de um sistema homogêneo e não isotérmico onde são estudados, modelos de propriedades radiantes (i) disponíveis em um software comercial de CFD e (ii) aqueles que foram implementados neste trabalho. Além disso, foi empregado um código numérico que determina as propriedades radiantes espectrais de gases produtos da combustão e da fuligem através de uma abordagem de banda estreita. Para este fim, este código foi acoplado com o software de CFD. Em seguida, dois queimadores de porte laboratorial são empregados de forma a avaliar a capacidade preditiva dos modelos de propriedades radiantes: o primeiro queima propano gasoso e ar enriquecido com oxigênio e o segundo utiliza querosene líquido e oxigênio como reagentes. Dados experimentais de fluxo de calor radiante e de fração volumétrica da fuligem são utilizados para comparação com os resultados obtidos da simulação. Para ambas as configurações de queimador foi também estudado o modelo de Moss-Brookes para previsão da formação/consumo da fuligem. Os resultados obtidos demonstraram o bom desempenho da maioria dos modelos de propriedades radiantes estudados. Em particular, a abordagem de banda estreita foi o que melhor previu a radiação térmica. Além disso, a sua utilização com o modelo de Moss-Brookes levou à melhor previsão da fração volumétrica da fuligem. / [en] This work presents a numerical study of radiation heat transfer and its
interaction with gray and spectral radiation of combustion products and soot
that are formed in a turbulent combustion process. Different burner/furnace
systems operating in a non-premixed combustion regime were used in order
to evaluate, through computational fluid dynamics (CFD), the influence of
several radiant properties models. Aiming to identify the key features and
shortcomings that exhibit each of these models, two scenarios were considered.
The first corresponds to a 1-D radiation problem where radiative properties
models of a homogeneous non isothermal system are studied as (i) available
CFD commercial software and (ii) those implemented in this work. Moreover,
a numerical code was used in order to determine, through a narrow band
approach, the spectral radiative properties of soot and combustion products.
For this purpose, this code was coupled with the CFD software. Then, two
laboratory-scale burners are used to assess the predictive capacity of radiative
properties models: the first, burning propane and enriched air oxygen, and the
second uses kerosene and oxygen as reactants. Measurements of radiant heat flux
and soot volumetric fraction are used for comparison with simulation results. For
both configurations, the performance of the Moss-Brookes model for predicting
the soot production was also studied. The results of this study demonstrated
the good performance of the majority of the radiant properties models studied.
Particularly, the narrow band approach was the model that provided the best
thermal radiation prediction. Moreover, the combination of the narrow band
approach with the Moss-Brookes model lead to the best prediction of soot
volume fraction.
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Influência dos parâmetros reacionais e da composição dos transportadores de oxigênio, aplicáveis aos processos de combustão e reforma do metano, com recirculação química / Influence of the reaction parameters and composition of oxygen carriers, applicable to the processes of chemical looping combustion and chemical looping reforming of methaneRenato Dias Barbosa 10 December 2014 (has links)
Impulsionados pela busca de fontes limpas de energia, surgem os processos de combustao com recirculacao quimica (CLC), e reforma com recirculacao quimica (CLR). CLC e CLR sao processos quimicos para oxidacao de hidrocarbonetos gasosos. E utilizada a acao de transportadores de oxigenio (TO), para transferir oxigenio do ar para o combustivel (neste caso o metano), evitando-se o contato direto entre ar atmosferico e metano por diversos motivos. Os TOs, compostos por oxidos metalicos na forma de po fino, circulam continuamente entre dois reatores de leito fluidizado (reator de ar e de combustivel), sofrendo sucessivos ciclos de reducao e oxidacao. Os processos se diferenciam com relacao aos produtos, em CLC objetiva-se a geracao de energia, atraves da oxidacao completa do combustivel, resultando em uma mistura de CO2 e H2O, podendo ser facilmente separada por condensacao. No caso do CLR a oxidacao ocorre de maneira parcial, dando origem a uma mistura de gas de sintese (H2 + CO). O CLC apresenta vantagens com relacao aos processos tradicionais de captura de CO2, pois nao se faz necessaria a utilizacao de processos secundarios para separacao gasosa, economizando assim energia, alem do fato de nao gerar gases do tipo NOx. O presente trabalho apresenta a preparacao de duas series de materiais, via impregnacao seca, uma com composicao 2, 4 e 8% m/m de oxido de niquel e outra com os mesmo teores de oxido de niobio, suportados sobre alumina comercial de alta area superficial especifica. Os materiais foram caracterizados pelas tecnicas de picnometria a helio, volumetria de nitrogenio, porosimetria por intrusao de mercurio, DRX, MEV, TPR 5%H2/N2 analisado com TCD em ChemBet, TPR 5%CH4/Ar e TPO 5%O2/Ar sendo a variacao de massa analisada em termobalanca (TGA/DSC), alem de se utilizar de espectrometria de massas para analise dos gases gerados. Os diferentes transportadores de oxigenio foram testados em reator de leito fixo, sendo avaliados em diferentes condicoes experimentais tais como: temperaturas de operacao, vazoes de reagentes gasosos, concentracoes de metano, adicao de CO2 e H2O ao combustivel. Os produtos da reacao no reator de leito fixo foram analisados por cromatografia gasosa e espectrometria de massa. Os resultados mostraram que; o deposito de carbono sobre o catalisador pode ser drasticamente reduzido com a adicao de mistura oxidante junto ao combustivel e que estes oxidos estudados tem potencial aplicacao industrial, mostrando-se seletivos para reforma do metano com consecutiva producao de gas de sintese. / Driven by the demand for clean energy sources, arise chemical-looping combustion - CLC, and chemical-looping reforming - CLR. CLC and CLR are chemical processes for oxidation of gaseous hydrocarbons. Both of them use the action of catalysts, here called oxygen carriers (OC), which transfers oxygen from the air to the fuel (in this case methane), avoiding the direct contact between the two gases for various reasons. The OC\'s are composed of metal oxides in the form of fine power, circle continuously between two fluidized bed reactors (fuel reactor and air reactor), suffering successive cycles of reduction and oxidation. The two processes differ in relation to the products; the aim of CLC is generation of energy (heat), through the complete oxidation of the fuel, resulting in a mixture of CO2 and H2O, which can be easily separated by condensation. In the case of CLR, the oxidation occurs partially, resulting in synthesis gas, a mixture of H2 and CO. The CLC processes shows advantages when compared to other traditional processes for capture of CO2, because it is not necessary to use secondary processes for gas separation, saving energy, besides the fact of no NOx is generated. This work describes the preparation of two series of materials via dry impregnation, which are composed of 2, 4 and 8% w/w niobium oxide or nickel oxide, supported on commercial alumina, with high specific surface area. The materials were characterized by the techniques of helium pycnometry, nitrogen volumetry, mercury intrusion porosimetry, DRX, MEV, TPR 5% H2/N2 analyzed with TCD in ChemBet, TPR 5% CH4/Ar and TPO 5% O2/Ar, being the changes in mass and heat analyzed in a thermogravimetric balance (TGA/DSC) coupled to a mass spectrometer permitting the analysis of the generated gases. The different oxygen carriers were tested in a fixed bed reactor, evaluated in different experimental conditions, such as operation temperature, flow rate of gaseous reactants, methane concentrations, addition of CO2 and H2O to the fuel. The products of the reaction in the fixed bed reactor were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry. The results show that: the carbon deposits over the catalysts can be drastically reduced by addition of oxidizing mixture together to the fuel and these studied oxides have a potential industrial application, showing selectivity to reforming of methane with consecutive synthesis gas production.
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Influência dos parâmetros reacionais e da composição dos transportadores de oxigênio, aplicáveis aos processos de combustão e reforma do metano, com recirculação química / Influence of the reaction parameters and composition of oxygen carriers, applicable to the processes of chemical looping combustion and chemical looping reforming of methaneBarbosa, Renato Dias 10 December 2014 (has links)
Impulsionados pela busca de fontes limpas de energia, surgem os processos de combustao com recirculacao quimica (CLC), e reforma com recirculacao quimica (CLR). CLC e CLR sao processos quimicos para oxidacao de hidrocarbonetos gasosos. E utilizada a acao de transportadores de oxigenio (TO), para transferir oxigenio do ar para o combustivel (neste caso o metano), evitando-se o contato direto entre ar atmosferico e metano por diversos motivos. Os TOs, compostos por oxidos metalicos na forma de po fino, circulam continuamente entre dois reatores de leito fluidizado (reator de ar e de combustivel), sofrendo sucessivos ciclos de reducao e oxidacao. Os processos se diferenciam com relacao aos produtos, em CLC objetiva-se a geracao de energia, atraves da oxidacao completa do combustivel, resultando em uma mistura de CO2 e H2O, podendo ser facilmente separada por condensacao. No caso do CLR a oxidacao ocorre de maneira parcial, dando origem a uma mistura de gas de sintese (H2 + CO). O CLC apresenta vantagens com relacao aos processos tradicionais de captura de CO2, pois nao se faz necessaria a utilizacao de processos secundarios para separacao gasosa, economizando assim energia, alem do fato de nao gerar gases do tipo NOx. O presente trabalho apresenta a preparacao de duas series de materiais, via impregnacao seca, uma com composicao 2, 4 e 8% m/m de oxido de niquel e outra com os mesmo teores de oxido de niobio, suportados sobre alumina comercial de alta area superficial especifica. Os materiais foram caracterizados pelas tecnicas de picnometria a helio, volumetria de nitrogenio, porosimetria por intrusao de mercurio, DRX, MEV, TPR 5%H2/N2 analisado com TCD em ChemBet, TPR 5%CH4/Ar e TPO 5%O2/Ar sendo a variacao de massa analisada em termobalanca (TGA/DSC), alem de se utilizar de espectrometria de massas para analise dos gases gerados. Os diferentes transportadores de oxigenio foram testados em reator de leito fixo, sendo avaliados em diferentes condicoes experimentais tais como: temperaturas de operacao, vazoes de reagentes gasosos, concentracoes de metano, adicao de CO2 e H2O ao combustivel. Os produtos da reacao no reator de leito fixo foram analisados por cromatografia gasosa e espectrometria de massa. Os resultados mostraram que; o deposito de carbono sobre o catalisador pode ser drasticamente reduzido com a adicao de mistura oxidante junto ao combustivel e que estes oxidos estudados tem potencial aplicacao industrial, mostrando-se seletivos para reforma do metano com consecutiva producao de gas de sintese. / Driven by the demand for clean energy sources, arise chemical-looping combustion - CLC, and chemical-looping reforming - CLR. CLC and CLR are chemical processes for oxidation of gaseous hydrocarbons. Both of them use the action of catalysts, here called oxygen carriers (OC), which transfers oxygen from the air to the fuel (in this case methane), avoiding the direct contact between the two gases for various reasons. The OC\'s are composed of metal oxides in the form of fine power, circle continuously between two fluidized bed reactors (fuel reactor and air reactor), suffering successive cycles of reduction and oxidation. The two processes differ in relation to the products; the aim of CLC is generation of energy (heat), through the complete oxidation of the fuel, resulting in a mixture of CO2 and H2O, which can be easily separated by condensation. In the case of CLR, the oxidation occurs partially, resulting in synthesis gas, a mixture of H2 and CO. The CLC processes shows advantages when compared to other traditional processes for capture of CO2, because it is not necessary to use secondary processes for gas separation, saving energy, besides the fact of no NOx is generated. This work describes the preparation of two series of materials via dry impregnation, which are composed of 2, 4 and 8% w/w niobium oxide or nickel oxide, supported on commercial alumina, with high specific surface area. The materials were characterized by the techniques of helium pycnometry, nitrogen volumetry, mercury intrusion porosimetry, DRX, MEV, TPR 5% H2/N2 analyzed with TCD in ChemBet, TPR 5% CH4/Ar and TPO 5% O2/Ar, being the changes in mass and heat analyzed in a thermogravimetric balance (TGA/DSC) coupled to a mass spectrometer permitting the analysis of the generated gases. The different oxygen carriers were tested in a fixed bed reactor, evaluated in different experimental conditions, such as operation temperature, flow rate of gaseous reactants, methane concentrations, addition of CO2 and H2O to the fuel. The products of the reaction in the fixed bed reactor were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry. The results show that: the carbon deposits over the catalysts can be drastically reduced by addition of oxidizing mixture together to the fuel and these studied oxides have a potential industrial application, showing selectivity to reforming of methane with consecutive synthesis gas production.
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[en] REACTIVITY CONTROLLED COMPRESSION IGNITION OF DIESEL FUEL AND ETHANOL IN RAPID COMPRESSION MACHINE / [pt] IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO COM REATIVIDADE CONTROLADA DE ÓLEO DIESEL E ETANOL EM MÁQUINA DE COMPRESSÃO RÁPIDAJUAN CARLOS VALDEZ LOAIZA 09 November 2018 (has links)
[pt] Serão necessários muitos anos para que os biocombustíveis sejam capazes de substituir integralmente os derivados fósseis. Este trabalho visa estudar formas alternativas de conversão de energia contida nos combustíveis utilizados em motores de combustão interna. Maiores eficiências na conversão da energia
contida no combustível e uma menor emissão dos gases de exaustão são benefícios associados à ignição por compressão de reatividade controlada, RCCI, onde dois fluidos com diferentes reatividades são introduzidos na câmara de combustão em instantes diferentes. Optou-se pelo uso de uma máquina de
compressão rápida, MCR, capaz de controlar parâmetros relevantes, como taxa de compressão, pressões, tempos de injeção, que foi adaptada para receber dois sistemas de injeção direta na câmara de combustão. Como segundo combustível, que substitui parcialmente o óleo diesel, que é empregado tradicionalmente em motores de ignição por compressão, optou-se pelo etanol hidratado. Os estudos
revelaram que diferentes formas de injeção dos dois combustíveis produzem processos muito diferentes, para as mesmas quantidades de combustíveis injetados. Os resultados são apresentados na forma de pressão indicada como função do ângulo equivalente, bem como calor liberado e atraso de ignição.
Experiências foram conduzidas para uma ou duas injeções de etanol por ciclo, em diferentes tempos. Altas razões de substituição do combustível fóssil foram obtidas, quando comparadas com a técnica de fumigação, onde o segundo combustível é misturado externamente ao ar de combustão. / [en] Many years will be needed for biofuels or other renewable sources to be able to fully replace fossil fuels. This work aims to study alternative ways of converting energy contained in fuels used in internal combustion engines. Higher efficiencies in converting the energy contained in the fuel and lower emission of harmful exhaust gases are benefits associated with the Reactivity Controlled Compression Ignition, known for RCCI. In this type of combustion, two fluids with different ignition-reactivity characteristics are introduced into the combustion chamber at different times. To better understand this phenomenon, it was used a RCM, that is able to control, more easily, relevant parameters such as compression ratio, temperatures, pressures, injection times etc. As a second fuel, which partially replaces the diesel, which is traditionally used in compression ignition engines, it was used the ethanol. The RCM was then adapted to receive two systems for direct injection into the combustion chamber. Studies have shown that different forms of injection of the two fuels produce very different processes to the same amount of fuel injected. The results are presented in the form of indicated pressure as a function of position. Heat released and ignition delay are also presented. Experiments were conducted for one or two injections of ethanol per
cycle at different times. High substitution rates of the fossil fuel were obtained when compared to injections of external mixtures of diesel and ethanol or fumigation technique, where the second fuel is mixed externally with the combustion air.
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[en] ASSESSEMENT OF MODELS BASED ON ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS FOR PERFORMANCE ANALYSIS OF ENGINES AND GENERATORS / [pt] AVALIAÇÃO DE MODELOS BASEADOS EM REDES NEURAIS ARTIFICIAIS PARA ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MOTORES E GERADORESNAIARA RINCO DE MARQUES E CARMO 09 August 2022 (has links)
[pt] Diante da crise ambiental dos dias atuais, desenvolver tecnologias de
menor impacto negativo e promover ações de eficiência energética tornam-se
imprescindíveis para conciliar produtividade e redução de emissões. Neste contexto, aprofundar-se no estudo de motores de combustão interna modelando
seu funcionamento se apresenta como uma ferramenta bastante interessante,
seja por ensaios em bancada ou modelagens. O presente trabalho buscou desenvolver modelos usando diferentes arquiteturas de Redes Neurais Artificiais
(RNAs) para obter parâmetros de performance de Motores de Combustão Interna movidos a gás natural e a misturas de diesel – biodiesel – etanol. Para
o primeiro caso, foram coletados dados de 5 motores visando a avaliação da
eficiência térmica, consumo específico, temperatura de exaustão, e para o segundo a base de dados contempla um motor, sobre o qual foram avaliados, em
acréscimo aos parâmetros mencionados, os coeficientes de compressão e expansão da politrópica, o consumo específico de etanol, a taxa máxima de liberação
de calor e a pressão máxima. Para as redes que apresentaram melhores resultados, foram construídas superfícies de resposta a fim de analisar os modelos
sobre a perspectiva do fenômeno que representam. Foi possível obter modelos
com boa representatividade dos parâmetros mencionados (obtendo valores de
R2 acima de 70 por cento para dados de treino e teste), exceto para os dois coeficientes
da politrópica. Neste caso, embora os erros fossem relativamente satisfatórios,
as superfícies de resposta atingiram extremos que não condizem com a teoria
relacionada. Por outro lado, foi possível construir um modelo para a eficiência
térmica a partir do consumo e abertura da válvula, com R2 de 99 por cento para treino
e teste. Isto se explica pelo fato de que a primeira variável de entrada é parte
da equação que calcula o parâmetro em questão, e a segunda está ligada à
relação ar-combustível da mistura. / [en] Faced with the current environmental crisis, developing technologies with
less negative impact and promoting energy efficiency actions are essential to
reconcile productivity and emissions reduction. In this context, the study of internal combustion engines by modeling their operation presents itself as a very
interesting tool, whether by bench tests or modeling. The present work aimed
to develop models using different architectures of Artificial Neural Networks
(ANNs) to obtain performance parameters of Internal Combustion Engines
powered by natural gas and blends of diesel – biodiesel – ethanol. For the
first case, 5 engines were considered to evaluate the thermal efficiency, specific consumption, exhaust temperature, and for the second case, the database
includes an engine, on which, in addition to the mentioned parameters, the
compression and expansion polytropic coefficients were evaluated, the specific
consumption of ethanol, the maximum rate of heat release and the maximum
pressure. For the networks that presented better results, response surfaces were
made in order to analyze the models from the perspective of the phenomenon
they represent. It was possible to obtain models with good representation of
the mentioned parameters (obtaining R2 values above 70 percent for training and
test data), except for the two polytropic coefficients. In this case, although the
errors were relatively satisfactory, the response surfaces reached extremes that
do not agree with the related theory. On the other hand, it was possible to
build a model for thermal efficiency from consumption and throttle, with R2 of
99 percent for training and testing. This is explained by the fact that the first input
variable is part of the equation that calculates this parameter, and the second
is linked to the air-fuel ratio of the mixture.
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