On s'est intéressé dans ce travail à la modélisation 2D et 3D du procédé CIC (Compaction Isostatique à Chaud) à l'échelle mésoscopique, en vue d'une compréhension approfondie des différents mécanismes physiques impliqués dans la densification de poudre. Le modèle est formulé dans un cadre eulérien, et est basé sur l'utilisation de la méthode level-set couplée avec une technique de génération et d'adaptation de maillages éléments finis afin de modéliser la déformation des particules de poudre sur un Volume Élémentaire Représentatif (VER). La génération des particules a été effectuée avec un générateur statistique de microstructures en tenant compte d'une distribution réelle de la taille des particules. Les conditions aux limites mécaniques ont été appliquées sur le VER, entraînant la déformation des particules et la densification du VER. Dans ce travail, la déformation viscoplastique des particules a été considérée comme le seul mécanisme de densification (mécanisme prépondérant pour une grande partie du temps du procédé). A partir de données issues de simulations macroscopiques du mécanisme CIC pour le cas de particule de poudre 316L, des simulations mésoscopiques ont été réalisées (approche macro-méso). Les résultats de ces simulations sont présentés et discutés à la lumière d'une étude expérimentale (microscopie optique, MEB, EBSD et EPMA) de la structure et microstructure des particules, obtenues à partir d'essais de compactions interrompus. De plus, des essais mécaniques ont été réalisés à température ambiante sur des lopins totalement denses issus du procédé CIC.Mots clés : CIC, 316L, compaction de poudre, fonction level-set, génération et adaptation de maillages, échelle mésoscopique, étude expérimentale, microstructure, EBSD, essais mécaniques. / A two and three-dimensional finite element simulation of HIP (Hot Isostatic Pressing) at mesoscopic scale is proposed, in view of an in-depth understanding of the different physical mechanisms involved in powder densification. The model is formulated in a eulerian framework, using level set formulation and adaptive meshing and remeshing strategy to identify particle interactions inside a representative elementary volume (REV). A statistical generator is in charge of the definition of the initial configuration under the constraint of accounting for the real particle size distribution. Mechanical boundary conditions are applied to the REV, resulting in the deformation of particles and densification of the REV. As a first approach, the power-law creep of particles is considered as the unique densification mechanism. Starting from data issued from macroscopic simulations of the HIPping of a part made of 316L powder, mesoscopic simulations in different locations of the part have been carried out (macro-to-meso approach). The results of these simulations are presented and discussed in the light of experimental studies (optical microscopy and SEM, EBSD, EPMA) of the structure and microstructure of the compact, which were obtained from interrupted compactions. Mechanical tests on fully densified 316L were also conducted.Keywords : HIP, 316L, powder densification, level-set function, meshing and remeshing technique, mesoscopic scale, experimental studies, microstructure, EBSD, mechanical tests.

Sustainable development is a crucial part of a successful city planning. Some scientists suggest urban densification as a method for achieving sustainable cities. In the best of worlds, a perfect balance between ecological, economic and social sustainability would be reached. However, that is rarely the case. Planners must consider the guidelines of planning documents as well as laws, political decisions and stakeholders. These interests can often be conflicting which leaves the planner with tough decisions. Social sustainability can be about achieving equality and healthy environments for all of society. It is therefore important to also include children in city planning. This study aims to examine the planning, which primarily concerns the densification, of the central borough Öst på stan in Umeå. The content, mainly concerning sustainable development, of the comprehensive planning in the municipality of Umeå as well as the planning of a specific quarter which includes dwellings, a preschool and a park, will therefore be described and analyzed. The quarter will also be examined further regarding the actual social sustainability, especially of the children’s environment. Trade-offs, priorities and compromises in planning the quarter will be discussed. In order to achieve the aim of this thesis mainly two research methods, in addition to thorough studying of literature, is being used; primarily planning documents from the municipality and secondly interviews as a complement. The results show that the new quarter is, in many ways, sustainable. The compromises throughout the planning process have however resulted in quite small outdoor spaces which none the least affects children.

Os efeitos decorrentes da adição de NiO na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da zircônia totalmente estabilizada com ítria foram sistematicamente estudados. Zircônia-8% mol de ítria (8YSZ) comercial e acetato, trihidróxi-carbonato, nitrato e óxido de níquel foram utilizados como materiais de partida. Os teores de Ni variaram entre 0,5% e 5% em mol e as composições foram preparadas por mistura dos materiais precursores a partir das concentrações estequiométricas. Estudos de densificação realizados por meio de medidas de densidade geométrica e dilatometria revelaram que a retração total até 1400ºC varia de ~16 até ~20% dependendo do precursor de níquel. No segundo estágio de sinterização a retração linear aumentou com o aumento no teor do aditivo (precursor: trihidróxi-carbonato de níquel). No estágio inicial de sinterização a energia de ativação para a difusão via contornos de grão varia de acordo com o precursor de níquel utilizado sendo menor para o óxido e maior para o trihidróxi-carbonato. No estágio secundário de sinterização prevalece a sinterização volumétrica. Neste estágio, as temperaturas de máxima retração são independentes do precursor de níquel, exceto para o acetato. O tamanho médio de cristalito variou com o tipo de precursor empregado sendo menor para o trihidróxi-carbonato e maior para o óxido de níquel. O limite de solubilidade do NiO determinado por difração de raios X é 1,48% em mol a 1350ºC. Para teores acima do limite de solubilidade o aditivo permanece aleatoriamente distribuído como uma fase secundária na forma de NiO. O principal efeito do aditivo na microestrutura é aumentar o tamanho médio de grãos. Os resultados de medidas elétricas revelaram que a adição de NiO não produz alterações significativas na condutividade intragranular da 8YSZ para diversos tempos de sinterização, exceto quando o precursor é o óxido de níquel, para o qual a condutividade elétrica aumenta com o tempo de sinterização evidenciando a dificuldade na formação de solução sólida, quando o material precursor possui tamanho de cristalito superior ao da matriz. Entretanto, a condutividade intragranular nas amostras preparadas com o trihidróxi-carbonato de nickel é pouco inferior à das demais amostras. Nas amostras sinterizadas por 15 h a 1350ºC um terceiro semicírculo foi associado com a formação de fase tetragonal na 8YSZ, devido à aceleração pelo níquel na cinética da transformação de fase cúbica para tetragonal. A condutividade intergranular varia com o tempo de sinterização devido à diminuição na fração de interfaces (contornos de grão) que ocorre com o aumento no tamanho médio de grãos. A condutividade intergranular microscópica da 8YSZ não varia significativamente com a adição de NiO. / The effects produced by NiO addition to yttria fully-stabilized zirconia were systematically investigated. Commercial zirconia-8 mol% yttria, nickel acetate, nitrate, trihydroxicarbonate and nickel oxide were used as starting materials. The NiO content varied from 0.5 to 5 mol%, and the compositions were prepared by mechanically mixing the starting materials in the stoichiometric proportions. Densification studies carried out by density and dilatometry measurements revealed that the maximum shrinkage (~16-~20%) depends on the type of nickel precursor. In the second sintering stage the linear shrinkage increased with increasing NiO content (precursor: nickel trihydroxi-carbonate). In the first sintering stage, the activation energy for grain boundary diffusion changed according to the additive precursor, being lower for the oxide and higher for the trihydroxi-carbonate. In the second stage, when the major part of porosity is eliminated, the maximum shrinkage rate temperatures were found to be independent on the precursor except when nickel acetate is used. The solubility limit at 1350ºC is 1.48% as determined by X-ray diffraction. Above the solubility limit the excess NiO is retained as a second randomly distributed phase. The main effect of the additive in the ceramic microstructure is to increase the average grain size. The electrical measurements showed that the additive did not produce any significant effect in the grain conductivity irrespective of the sintering time, except when the precursor material was nickel oxide. In this case, the grain conductivity increased with increasing sintering time. This effect is attributed to the crystallite size of the nickel oxide precursor, which is higher than that of 8YSZ, slowing down the formation of solid solution. However, the grain conductivity of samples prepared with nickel trihydroxi-carbonate precursor is slightly lower than those of other samples. The samples sintered for 15 h exhibited an additional semicircle in the impedance diagram, which is assigned to the tetragonal phase of zirconia-yttria, resulting from thermal decomposition of the cubic structure. Hence, NiO additive accelerates the kinetics of cubic-to-tetragonal phase transformation in 8YSZ. The grain boundary conductivity depends on the sintering time due to reduction of the fraction of interfaces as a consequence of grain growth. The microscopic grain boundary conductivity of 8YSZ does not vary with NiO addition.

Eletrólitos sólidos de céria com adição de íons de terras raras trivalentes apresentam elevada condutividade iônica quando comparados com a zircônia estabilizada com ítria, que é um eletrólito sólido padrão. Por isso, esses condutores de íons oxigênio à base de céria têm potencial de aplicação em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias (500-700ºC). Uma das abordagens mais investigadas para otimização da condutividade elétrica e de outras propriedades destes materiais é a incorporação de um segundo aditivo. Neste trabalho, composições de céria-20% mol gadolínia com SrO, TiO2 e SrTiO3 como co-aditivos, em teores de 1; 2,5 e 5% em mol foram preparadas por reação em estado sólido. O principal objetivo foi verificar o efeito dos aditivos na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da céria-gadolínia. Os compactos sinterizados foram caracterizados por medidas de densidade aparente, difração de raios X e espectroscopia Raman para determinação das fases cristalinas, microscopia eletrônica de varredura para observar as diferentes microestruturas das composições, e medida da condutividade elétrica por espectroscopia de impedância. Os resultados mostraram que os aditivos exercem influência em todas as propriedades investigadas, mas de forma diferente dependendo do tipo e do teor. De forma geral, SrO exerce efeito benéfico na condutividade elétrica intergranular, mas prejudica a densificação. O TiO2 promove um aumento na densificação da céria-gadolínia, mas aumenta também o bloqueio aos portadores de carga nos contornos de grão, além de resultar na formação da fase pirocloro Gd2Ti2O7, quando adicionado em teores acima do limite de solubilidade. O SrTiO3 não produz alterações na densificação da céria-gadolínia. / Ceria containing trivalent rare-earths is a solid electrolyte with higher ionic conductivity than the standard yttria fully-stabilized zirconia ionic conductor. This property turns these ceria-based ionic conductors promising materials for application in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (500-700ºC). One of the most utilized approaches to optimize the electrical conductivity and other properties of these materials is the introduction of a second additive. In this work, ceria-20 mol% gadolinia with additions of 1, 2.5 and 5 mol% of SrO, TiO2 and SrTiO3 as co-additives were prepared by solid state reaction. The main purpose was to investigate the effects of the co-additives on densification, microstructure and electrical conductivity of the solid electrolyte. Sintered pellets were characterized by apparent density, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and electrical conductivity by impedance spectroscopy. The additives were found to exert different influences in all studied properties. The way they influence the solid electrolyte properties depends on the type and content of the additive. SrO addition to doped ceria improves the intergranular conductivity, but decreases the apparent density of the pellets. Increase of densification was obtained with TiO2 addition. This additive promotes increase of the blocking of charge carriers at the grain boundaries due to solute exsolution and formation of the pyrochlore Gd2Ti2O7 phase at grain boundaries for contents in excess of the solubility limit. No influence on densification was found for SrTiO3 additions.

Os efeitos decorrentes da adição de NiO na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da zircônia totalmente estabilizada com ítria foram sistematicamente estudados. Zircônia-8% mol de ítria (8YSZ) comercial e acetato, trihidróxi-carbonato, nitrato e óxido de níquel foram utilizados como materiais de partida. Os teores de Ni variaram entre 0,5% e 5% em mol e as composições foram preparadas por mistura dos materiais precursores a partir das concentrações estequiométricas. Estudos de densificação realizados por meio de medidas de densidade geométrica e dilatometria revelaram que a retração total até 1400ºC varia de ~16 até ~20% dependendo do precursor de níquel. No segundo estágio de sinterização a retração linear aumentou com o aumento no teor do aditivo (precursor: trihidróxi-carbonato de níquel). No estágio inicial de sinterização a energia de ativação para a difusão via contornos de grão varia de acordo com o precursor de níquel utilizado sendo menor para o óxido e maior para o trihidróxi-carbonato. No estágio secundário de sinterização prevalece a sinterização volumétrica. Neste estágio, as temperaturas de máxima retração são independentes do precursor de níquel, exceto para o acetato. O tamanho médio de cristalito variou com o tipo de precursor empregado sendo menor para o trihidróxi-carbonato e maior para o óxido de níquel. O limite de solubilidade do NiO determinado por difração de raios X é 1,48% em mol a 1350ºC. Para teores acima do limite de solubilidade o aditivo permanece aleatoriamente distribuído como uma fase secundária na forma de NiO. O principal efeito do aditivo na microestrutura é aumentar o tamanho médio de grãos. Os resultados de medidas elétricas revelaram que a adição de NiO não produz alterações significativas na condutividade intragranular da 8YSZ para diversos tempos de sinterização, exceto quando o precursor é o óxido de níquel, para o qual a condutividade elétrica aumenta com o tempo de sinterização evidenciando a dificuldade na formação de solução sólida, quando o material precursor possui tamanho de cristalito superior ao da matriz. Entretanto, a condutividade intragranular nas amostras preparadas com o trihidróxi-carbonato de nickel é pouco inferior à das demais amostras. Nas amostras sinterizadas por 15 h a 1350ºC um terceiro semicírculo foi associado com a formação de fase tetragonal na 8YSZ, devido à aceleração pelo níquel na cinética da transformação de fase cúbica para tetragonal. A condutividade intergranular varia com o tempo de sinterização devido à diminuição na fração de interfaces (contornos de grão) que ocorre com o aumento no tamanho médio de grãos. A condutividade intergranular microscópica da 8YSZ não varia significativamente com a adição de NiO. / The effects produced by NiO addition to yttria fully-stabilized zirconia were systematically investigated. Commercial zirconia-8 mol% yttria, nickel acetate, nitrate, trihydroxicarbonate and nickel oxide were used as starting materials. The NiO content varied from 0.5 to 5 mol%, and the compositions were prepared by mechanically mixing the starting materials in the stoichiometric proportions. Densification studies carried out by density and dilatometry measurements revealed that the maximum shrinkage (~16-~20%) depends on the type of nickel precursor. In the second sintering stage the linear shrinkage increased with increasing NiO content (precursor: nickel trihydroxi-carbonate). In the first sintering stage, the activation energy for grain boundary diffusion changed according to the additive precursor, being lower for the oxide and higher for the trihydroxi-carbonate. In the second stage, when the major part of porosity is eliminated, the maximum shrinkage rate temperatures were found to be independent on the precursor except when nickel acetate is used. The solubility limit at 1350ºC is 1.48% as determined by X-ray diffraction. Above the solubility limit the excess NiO is retained as a second randomly distributed phase. The main effect of the additive in the ceramic microstructure is to increase the average grain size. The electrical measurements showed that the additive did not produce any significant effect in the grain conductivity irrespective of the sintering time, except when the precursor material was nickel oxide. In this case, the grain conductivity increased with increasing sintering time. This effect is attributed to the crystallite size of the nickel oxide precursor, which is higher than that of 8YSZ, slowing down the formation of solid solution. However, the grain conductivity of samples prepared with nickel trihydroxi-carbonate precursor is slightly lower than those of other samples. The samples sintered for 15 h exhibited an additional semicircle in the impedance diagram, which is assigned to the tetragonal phase of zirconia-yttria, resulting from thermal decomposition of the cubic structure. Hence, NiO additive accelerates the kinetics of cubic-to-tetragonal phase transformation in 8YSZ. The grain boundary conductivity depends on the sintering time due to reduction of the fraction of interfaces as a consequence of grain growth. The microscopic grain boundary conductivity of 8YSZ does not vary with NiO addition.

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) são particularmente difíceis de gerenciar por se tratar de um resíduo muito heterogêneo em sua composição (resíduos domésticos, de construção civil, de poda de árvore, entre outros). Com isso torna-se necessário o conhecimento das atuais tecnologias de tratamento de resíduos, para que busquem soluções ambientalmente adequadas, economicamente viáveis, socialmente justas e politicamente aceitáveis. Com base nessa premissa e com a necessidade de se estudar novas fontes renováveis de energia na busca por combustíveis alternativos aos combustíveis fósseis, a utilização de resíduos de poda de árvore como fonte energética apresenta aspectos benéficos ao país, desde que viável econômica e tecnicamente. Assim este trabalho analisa a atual situação da destinação dos resíduos de poda de árvore, e apresenta algumas alternativas para seu aproveitamento energético e não energético. Sendo o objetivo principal desta dissertação avaliar o potencial de utilização dos resíduos de poda de árvore para o seu aproveitamento energético por meio dos processos de adensamento de biomassa (peletização e briquetagem), utilizando como base o caso do campus da Universidade de São Paulo na capital. Nos ensaios de peletização foi possível obter pellets com densidade energética elevada, entre 6 GJ/m3 e 8 GJ/m3, o que corresponde a uma densidade energética de 6 a 9 vezes maior que a da poda de árvore in natura. Os briquetes apresentaram uma densidade energética entre 5 GJ/m3 a 6 GJ/m3, ou seja, uma densidade energética de 5 a 6 vezes maior que da poda de árvore in natura. Entretanto os valores obtidos de durabilidade mecânica dos briquetes foram considerados insatisfatórios nas condições estudadas, ao contrário dos pellets, que apresentaram elevados valores. Neste estudo o processo de peletização se mostrou mais viável tecnicamente do que o de briquetagem, visto que os pellets de resíduo de poda de árvore garantiram uma densidade energética elevada e boa resistência mecânica. / Municipal solid wastes (MSW) are particularly difficult to manage because it is a very heterogeneous waste in its composition (household waste, construction, tree pruning, etc). It becomes more than necessary knowledge of current waste treatment technologies, to seek environmentally adequate solutions, economically viable, socially fair and politically acceptable. Based on these assumptions and the need to study new renewable energy sources in the search for alternative fuels to replace fossil fuels, the use of tree pruning waste as an energy source have beneficial aspects to the country, since economic viable and technically. So this paper analyzes the current situation of final disposal of tree pruning waste, and presents some alternatives for its energy and non-energy use. Since the main objective of this work is to evaluate the potential use of tree pruning waste for their energy application through biomass densification processes (pelletizing and briquetting), based on the case of the campus of the University of São Paulo in capital. In the pelleting tests it was possible to obtain pellets with high energy density between 6 GJ/m3 and 8 GJ/m3, which corresponds to an energy density of 6 to 9 times greater than that of tree pruning in nature. The briquettes had an energy density of between 5 GJ/m3 6 GJ/m3, in other words a power density of 5 to 6 times that of tree pruning in nature. However the values obtained from mechanical durability of briquettes were found to be unsatisfactory under the conditions studied, unlike pellets, they showed high values. In this study, the pelleting process is technically more feasible than briquetting. Since the tree pruning waste pellets ensured a high energy density and good mechanical strength.

Usando o modelo de ajustamento apresentado por Schaffrin (2001), este trabalho apresenta uma metodologia para ajustamento de redes geodésicas GPS de densificação e extensão, a qual substitui com vantagem o tratamento clássico que utiliza um ajustamento livre seguido por uma \"transformação de Helmert\". A característica deste método é introduzir um procedimento estatisticamente ótimo, baseado no princípio dos mínimos quadrados, que permita ajustar a nova rede, vinculando-a a pontos fiduciais, e conectando-a a pontos de ligação com redes vizinhas de mesmo nível, considerados \"hierarquicamente superiores\" no processo. A técnica da \"propriedade reprodutora\" permite que esses pontos sejam ponderados em função das variâncias decorrentes de suas determinações, mas tenham suas coordenadas preservadas. Para a implementação dessa metodologia, foi desenvolvido um programa, em linguagem FORTRAN, que realiza o ajustamento vetorial da rede, utilizando o modelo paramétrico do método dos mínimos quadrados. O procedimento adotado consiste em fazer com que as variâncias dos pontos de injunção sejam introduzidas na nova rede, e que as coordenadas desses pontos, modificadas pelo ajustamento, sejam recuperadas. O programa apresenta também uma seqüência de testes que possibilitam a detecção, investigação e adaptação de possíveis erros encontrados. / By using the adjustment model presented by Schaffrin (2001), this work presents a methodology for the adjustment of GPS geodetic networks of densification and extension, which substitutes with advantage the classic treatment that uses a free net adjustment followed by a \"Helmert transformation\". The feature of this method is to introduce a statistically optimal procedure, based on least squares principle, that allows adjust the new network, linking it to fiducial points and connecting it to tiepoints with same level neighbor networks, all of them considered \"hierarchically superior\" in the process. The \"reproducing property\" technique allows that these points were weighed up as a function of the variances obtained in the preliminary determination, but they have their coordinates preserved. For this methodology implementation, a software in FORTRAN language was developed for the network vectorial adjustment, by using the linear parametric model of least-squares method. The adopted procedure allows the constraint point variances to propagate in the new network, but afterwards the coordinates of these points, changed in the adjustment, are retrieved. The software presents a sequence of tests to detect, to investigate and to analyze possible encountered errors, too.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaMariaSouza.pdf: 2164792 bytes, checksum: 84eae737acfeba032c0e3f99c598ccde (MD5) Previous issue date: 2011-07-04 / Alumina ceramic is one of the most widely used in industry due to its properties. However, some properties, such as low fracture toughness, limit its range of structural applications. In order to improve this property has been studied several ways to control the microstructure of these ceramics, seeking a refined and homogeneous microstructure. The firing curve control to manipulate the microstructure during sintering is a way that has been studied and has advantages such as simplicity and economy. This work studied the two-step sintering of alumina ultrafine powders using steps at a low temperature sintering and the two-steps sintering proposed by Chen and Wang. With the help of statistical analysis was determined the variables that most influence in sintering processes studied. After sintering, the samples were characterized by apparent density and grain size. It was observed that the use of two-step sintering is effective in controlling the final microstructure of alumina, altering both the densification and grain growth. / A alumina é uma das cerâmicas mais utilizadas na indústria, devido a suas propriedades. Entretanto, algumas propriedades, tal como a baixa tenacidade à fratura, limita sua gama de aplicações estruturais. Com o intuito melhorar essa propriedade vem sendo estudadas várias maneiras de se controlar a microestrutura dessas cerâmicas, buscando uma microestrutura homogênea e refinada. O controle da curva de queima para manipular a microestrutura durante a sinterização é uma maneira que vem sendo estudada e apresenta vantagens como simplicidade e economia. Neste trabalho foi estudada a sinterização em duas etapas de pós ultrafinos de alumina utilizando tanto patamares a baixa temperatura quanto a sinterização em duas etapas proposta por Chen e Wang. Com o auxílio da análise estatística de Planejamento de Experimentos determinou-se as variáveis que exercem maior influência nesses processos de sinterização, sempre visando atingir microestruturas com altas densidades e mínino crescimento de grãos. Após sinterização, as amostras foram caracterizadas por medidas de densidade aparente e de tamanho de grão. Observou-se que a utilização da sinterização em duas-etapas é eficiente em controlar a microestrutura final da alumina, alterando tanto a densificação quanto o crescimento de grão.

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) são particularmente difíceis de gerenciar por se tratar de um resíduo muito heterogêneo em sua composição (resíduos domésticos, de construção civil, de poda de árvore, entre outros). Com isso torna-se necessário o conhecimento das atuais tecnologias de tratamento de resíduos, para que busquem soluções ambientalmente adequadas, economicamente viáveis, socialmente justas e politicamente aceitáveis. Com base nessa premissa e com a necessidade de se estudar novas fontes renováveis de energia na busca por combustíveis alternativos aos combustíveis fósseis, a utilização de resíduos de poda de árvore como fonte energética apresenta aspectos benéficos ao país, desde que viável econômica e tecnicamente. Assim este trabalho analisa a atual situação da destinação dos resíduos de poda de árvore, e apresenta algumas alternativas para seu aproveitamento energético e não energético. Sendo o objetivo principal desta dissertação avaliar o potencial de utilização dos resíduos de poda de árvore para o seu aproveitamento energético por meio dos processos de adensamento de biomassa (peletização e briquetagem), utilizando como base o caso do campus da Universidade de São Paulo na capital. Nos ensaios de peletização foi possível obter pellets com densidade energética elevada, entre 6 GJ/m3 e 8 GJ/m3, o que corresponde a uma densidade energética de 6 a 9 vezes maior que a da poda de árvore in natura. Os briquetes apresentaram uma densidade energética entre 5 GJ/m3 a 6 GJ/m3, ou seja, uma densidade energética de 5 a 6 vezes maior que da poda de árvore in natura. Entretanto os valores obtidos de durabilidade mecânica dos briquetes foram considerados insatisfatórios nas condições estudadas, ao contrário dos pellets, que apresentaram elevados valores. Neste estudo o processo de peletização se mostrou mais viável tecnicamente do que o de briquetagem, visto que os pellets de resíduo de poda de árvore garantiram uma densidade energética elevada e boa resistência mecânica. / Municipal solid wastes (MSW) are particularly difficult to manage because it is a very heterogeneous waste in its composition (household waste, construction, tree pruning, etc). It becomes more than necessary knowledge of current waste treatment technologies, to seek environmentally adequate solutions, economically viable, socially fair and politically acceptable. Based on these assumptions and the need to study new renewable energy sources in the search for alternative fuels to replace fossil fuels, the use of tree pruning waste as an energy source have beneficial aspects to the country, since economic viable and technically. So this paper analyzes the current situation of final disposal of tree pruning waste, and presents some alternatives for its energy and non-energy use. Since the main objective of this work is to evaluate the potential use of tree pruning waste for their energy application through biomass densification processes (pelletizing and briquetting), based on the case of the campus of the University of São Paulo in capital. In the pelleting tests it was possible to obtain pellets with high energy density between 6 GJ/m3 and 8 GJ/m3, which corresponds to an energy density of 6 to 9 times greater than that of tree pruning in nature. The briquettes had an energy density of between 5 GJ/m3 6 GJ/m3, in other words a power density of 5 to 6 times that of tree pruning in nature. However the values obtained from mechanical durability of briquettes were found to be unsatisfactory under the conditions studied, unlike pellets, they showed high values. In this study, the pelleting process is technically more feasible than briquetting. Since the tree pruning waste pellets ensured a high energy density and good mechanical strength.

The greatest political, scientific, and engineering challenge of the 21st century is finding a viable solution to limit anthropogenic greenhouse gas emissions (CO2) to curb the effects of global climate change. All sectors of society need to contribute to alleviate this problem, but industrial operations must play a significant leadership role. Some of these industries include: metallurgy, cement, power, agriculture and forestry. In particular, the iron/steel, cement, and power generation industries use coal on account of its high energy density among solid fuels. Coal combustion yields 720 tonne CO2/GWh, and produces fine particulates, sulphur and nitrous oxides, along with excess CO2 contributing to climate change. In comparison, biomass (such as agricultural and forestry residues) has a solid fuel rating of 25-100 tonne CO2/GWh; therefore, biomass fuels are considered more sustainable since the living biomass consumed CO2 in the early part of its life cycle. However, biomass has significant industrial shortcomings for its use as fuel at large scale, including low energy content, density, and hydrophobicity relative to coal. In short, biomass fuels cannot be substituted without major infrastructure changes which add economic penalties that industry is currently unwilling to absorb. Biomass upgrading routes were considered in this thesis. These include densification, torrefaction, and integrated torrefaction and densification (ITD). The first half of the methodology involved converting woody biomass (willow residue and poplar bark), agricultural residue (switchgrass plants), and pulp mill waste via a single pellet/briquette press at different densification temperatures and pressures. The second half of the methodology involved product characterization of each batch of pellets and briquettes. In this work, pellets and briquettes were tested for physical characteristics (density and durability), chemical differences (energy content and hydrophobicity), and transport phenomena characteristics (drying profiles). First, results showed that extrusion of torrefied biomass at 300°C with an estimated pressure of 10 MPa creates partially formed pellets from agricultural residues. Using the concept of ITD (temperature range 220-325°C and pressure range 40 and 215 MPa), the density was found to be 1000-1250 kg/m3 for pellets and briquettes. The degree of compression from the loose biomass was on the order of 3-10 which corresponds with theoretical expectations. Material density increased with increasing pressure. The solid yield of pellets and briquettes decreased with increasing temperature, and results aligned with micro-scale thermogravimetric analysis. The larger ITD briquettes (produced at T = 325°C, P = 40 MPa) were evaluated for calorific value and found to fall in the lignite classification (O/C < 0.4 and H/C < 1.2) on a van Krevelen diagram. The resulting ITD pellets and briquettes were found to have a durability similar to commercial materials (durability > 97%), and to be more hydrophobic (8 wt% moisture absorption compared to 35 wt%). The drying time of ITD materials was faster than commercial torrefied briquettes, with an effective diffusivity of 1.5×10-6 m2/s compared to 7.3×10-9 m2/s likely because of a smaller pore volume in ITD briquettes. Further pilot scale studies would help improve the ITD methodology and make the process more appealing for the replacement of coal fuels.