[pt] O objetivo dessa dissertação é apresentar a simulação de processos, no software Aspen HYSYS (marca registrada) v8.8, de uma planta de etanol derivado de cana-de-açúcar, abrangendo o sistema de cogeração e hidrólise enzimática aplicáveis ao bagaço, e associada a uma planta de cultivo de microalgas para produção de biodiesel de terceira geração. Adicionalmente, foram avaliados, por planejamento composto central 32, os efeitos de duas variáveis – designação de bagaço para hidrólise enzimática (x1) e de etanol para desidratação (x2) - sobre parâmetros de performance energéticos e ambientais restritos à planta, e negligenciando-se contribuições do âmbito rural. Em um cenário similar à realidade brasileira - coordenadas (0, 50 por cento) -, observou-se que a integração proporciona uma quantidade significativa de biodiesel (26,6 kg.t-1 de cana), em termos energéticos, além da oferta de etanol (62,2 kg.t-1 de cana). Nesse cenário, a demanda energética da seção de microalgas-biodiesel demonstrou-se semelhante à da planta de etanol. Os modelos produzidos demonstram-se robustos e precisos (R2 superiores a 0,998). As avaliações estatísticas indicaram que x1 afeta quadraticamente as respostas, e x2 promove efeitos nulos ou brandos. Destaca-se valores de NER - razão entre contribuições energéticas de produtos e de insumos do sistema -entre 0,763 e 0,904, próximos a 1; e valores de FER - razão entre as contribuições energéticas dos produtos e das participações fósseis de insumos - entre 4,33 e 10,88, acima 3, o que configura caráter renovável ao sistema. Dentre as otimizações de respostas, encontrou-se a coordenada (92 por cento, 0) para eficiência exergética global. Por fim, a associação das plantas de etanol e de biodiesel forneceu resultados promissores para as eficiências energéticas, razão entre oferta de energia total e consumo de energia fóssil, e incremento de eficiência exergética da planta de etanol original. / [en] The objective of this dissertation is to present a simulation in the software Aspen HYSYS (Registered trademark) v8.8 of a sugarcane-ethanol plant covering a cogeneration and an enzymatic hydrolysis system, applicable to bagasse final use, and associated to a microalgae-cultive plant for the production of third-generation biodiesel through transesterification route. Additionally, the effects of two variables - designation of bagasse to enzymatic hydrolysis (x1) and of ethanol to dehydration (x2) - were statistically evaluated by 3(2) central composite design over energetic and environmental performance parameters restricted to the plant s scope and being neglected contributions of the rural area. In a base scenario similar to Brazilian’s reality – coordinates (0, 50 per cent) –, it was observed that the integration provides a quantity of biodiesel (26.6 kg.t-1 of sugarcane) energetically significant, besides the supply of ethanol (62.2 kg.t-1 of sugarcane). In this case, the energetic demand of the microalgae-biodiesel section pointed to be similar the conventional ethanol plant consumption. The adjusted models were robust and precise (R2 higher than 0.998). The statistical assessments pointed that x1 affects quadratically the answers and x2 promotes null or mild effects. Stands out NER values - ratio between energetic contribution of products and inputs of the system - between 0.763 and 0.904, which were close to 1, and FER values - ratio between energetic contributions of products and fossil share of inputs - between 4.33 and 10.88 that were higher than the 3, which configured renewability to the system. Among the optimization of the answers, it was found the coordinate (92 per cent, 0) for the global exergetic efficiency. Finally, the association of the ethanol and biodiesel plants provided promising results for energetic efficiency, ratio between total delivered energy and demanded fossil energy, and increase in exergetic efficiency of the original ethanol plant.

[pt] Com os atuais requisitos sobre emissões e consumo de combustível em um contexto de leis ambientais mais rigorosas, é necessário melhorar o desempenho dos motores de combustão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa. Novas tecnologias, como Ignição por Compressão de Carga Homogênea (HCCI) ou Ignição por Compressão Assistida por Centelha (SACI), são alternativas para aumentar a eficiência dos motores. Neste trabalho, foi criada uma rotina MATLAB para prever o desempenho da combustão SACI multimodo de metano e misturas metano-hidrogênio, utilizando um modelo termodinâmico de duas zonas. Foi realizada uma análise de sensibilidade a quatro parâmetros de desempenho: eficiência térmica (nth), emissões de NOx, emissões de CO2 e energia do combustível (Efuel), com diversas variações de fatores tais quais porcentagem de H2, rotação do motor, relação de equivalência combustível - ar, pressão de admissão e superposição de válvulas, utilizando ferramentas de planejamento de experimentos para avaliar o impacto dos fatores sobre os parâmetros de desempenho. O Planejamento Box-Behnken indicou que rotação do motor, porcentagem de H2 e pressão de admissão são os fatores SACI mais importantes, pois influenciam todos os parâmetros de desempenho do motor. Por outro lado, a relação de equivalência combustível - ar foi relevante para apenas um deles (NOx) e a superposição de válvula, como foi utilizada nos experimentos, mostrou nenhum impacto relevante sobre os resultados. Além disso, foi feita uma Análise Univariada para comparar motores de ignição por centelha e SACI. Os resultados mostraram que os motores SACI apresentam melhor desempenho, sendo cerca de 7 por cento - 17 por cento mais eficientes e um aumento de 90 por cento - 96 por cento no IMEP. / [en] With the current requirements on emissions and fuel consumption in a context of very strict environmental laws, it is necessary to improve combustion engines performance to reduce greenhouse gas emissions. New technologies, such as Homogeneous Charge Compression Ignition or Spark-Assisted Compression Ignition (SACI), are alternatives to increase engine s efficiency. In this work, a MATLAB routine was created to predict the performance of SACI multimode combustion of methane and methane-hydrogen blends, using a two-zone thermodynamic model. A sensitivity analysis was realized to four performance parameters: thermal efficiency, NOx emissions, CO2 emissions and energy of the fuel, with several factors variations such as percentage of H2, engine speed, fuelair equivalence ratio, intake pressure and valve overlap, using experimental design tools to evaluate the impact of those factors over the performance parameters. The Box-Behnken Design indicated that engine speed, percentage of H2 and intake pressure are the most important SACI factors since they influence all engine performance parameters. On the other hand, fuel-air equivalence ratio was relevant in only one of them (NOx) and the valve overlap, as it was used in the experiments, showed no relevant impact on the results. Furthermore, a Univariate Analysis was done to compare Spark-Ignition and SACI engines efficiencies. The results showed that SACI engines performs better, with 7 percent - 17 percent higher efficiency and 90 percent - 96 percent IMEP s increase.