Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:25:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_FredericoAugustoSpolidorio_M.pdf: 3699527 bytes, checksum: fee04cbb6876f5ce62626058ebc660e7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este projeto busca relacionar diversos aspectos interdisciplinares envolvidos em uma central de co-geração de energia elétrica. Motivado pela crescente inserção de centrais de geração distribuída operando de forma ilhada ou paralela ao sistema, foram desenvolvidos modelos mecânicos (térmicos e dinâmicos) e elétricos buscando representar os diversos equipamentos envolvidos em uma central de geração em um nível industrial. Baseado nesta concepção, optou-se pela geração de energia através de máquinas térmicas (turbinas a vapor) impulsionadas pela energia proveniente da queima de biomassa restante de diferentes processos industriais. Os modelos teóricos aqui representados foram numericamente simulados com parâmetros obtidos em um estudo de caso real. Seus resultados foram então comparados qualitativamente e quantitativamente contra as variáveis reais do processo analisado. Ao consolidar esta ferramenta de estudo, o simulador mostrou-se eficiente no treinamento de operadores de casas de forças, sendo capaz de esclarecer as interferências entre o nível de carga com as demais variáveis envolvidas em seu processo / Abstract: This project intends to gather several interdisciplinary aspects common to a co-generation power plant. Driven by the increasing amount of distributed generation units operating on island or parallel mode with the network, some mechanical (thermo and dynamic) and electrical models were developed in order to represent the equipments usually installed on an industrial size power station. Based on this concept, the more convenient option was to proceed the evaluation through turbo machinery (steam turbine) driven by the energy acquired from the heat power on burning byproducts of industrial processes. The theoretical models were simulated with parameters obtained from a real case study. The results were then finally compared with real process information acquired from field research. In order to consolidate this computational tool, the simulator has shown efficient results on training power station operators on clarifying the impacts of load level on the other relevant variables on their processes / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Concerns about global warming and climate change have triggered a growing demand for renewable energy. In this scenario, the interest in using sugarcane straw as raw material for energy production has increased. However, straw plays an important role in maintaining soil quality. In addition, uncertainties as to produced straw amount and the straw removal impact on the stalk yield have raised doubts as to the use this raw material. In this sense, the objective this study was evaluate the short-term (2-year) the sugarcane straw removal impacts on soil and yield modeling of sugarcane stalk and straw, using soil attributes of different layers. Two experiments were carried out in São Paulo state, Brazil: one at Capivari (sandy clay loam soil) and another at Valparaíso (sandy loam soil). We have tested five rates of straw removal (i.e., equivalent to 0, 25, 50, 75 and 100 %). Soil samples were taken from 0-2.5, 2.5-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm layers to analyze pH, total C and N, P, K, Ca, Mg, bulk density and soil penetration resistance. Plant samples were collected to determine the straw and stalk yield. The impacts caused by straw removal differed between the areas, however, they concentrated on the more soil superficial layer. In sandy clay loam soil, straw removal led to organic carbon depletion and soil compaction, while in the sandy loam soil the chemical attributes (i.e. Ca and Mg contents) were the most impacted. In general, the results suggest that straw removal causes reduction more significant in soil quality for the sandy clay loam soil. The results indicate the possibility to remove about half-straw amount deposited on soil\'s surface (8.7 Mg ha-1 straw remaining) without causing severe implications on the quality of this soil. In contrast, although any amount of straw was sufficient to cause alterations the quality of the sandy loam soil, these impacts were less intense and are not magnified with the increase of straw removal. It was possible to model sugarcane straw and stalk yield using soil attributes. The 0-20 cm layer was the most important layer in the stalk yield definition, whereas the 0-5 cm layer, which the impacts caused by the straw removal were concentrated, was less important. Thus, we noticed that impacts caused to soil by straw removal have little influence on crop productivity. Straw prediction has proved more complex and possibly requires additional information (e.g crop and climate information) for good results to be obtained. Overall, the results suggest that the planned removal of straw for energy purposes can occur in a sustainable way, but should take into account site conditions, e.g soil properties. However, long-term research with different approaches is still necessary, both to follow up and confirm our results, and to develop ways to reduce damage caused by this activity. / Preocupações acerca do aquecimento global e mudanças climáticas tem provocado uma crescente demanda por energias renováveis. Nesse cenário, tem aumentado o interesse em utilizar a palha de cana-de-açúcar como matéria prima para produção de energia. Contudo, a palha desempenha importante papel na manutenção da qualidade do solo. Aliado a isso, incertezas quanto a quantidade de palha produzida e o impacto da remoção da palha na produção de colmos tem levantado duvidas quanto ao uso dessa matéria prima. Nesse sentido, o objetivo desse estudo foi avaliar a curto prazo (2 anos) os impactos da remoção da palha de cana-de-açucar no solo, e modelar a produção de palha e colmo de cana-de-açucar utilizando atributos do solo de diferentes camadas. Para tanto, foram conduzidos dois experimentos nos municípios de Capivari (solo de textura média) e Valparaíso (solo de textura arenosa), estado de São Paulo, Brasil. Foram testados cinco taxas de remoção de palha (i.e., equivalentes a 0, 25, 50, 75 e 100 %). Amostras de solo foram coletadas nas camadas 0-2,5, 2,5-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm de profundidade para determinação de C, N, pH, P, K, Ca, Mg, densidade do solo e resistência do solo a penetração. Amostras de planta foram coletadas para determinar a produção de colmo e palha. Os impactos causados pela remoção da palha diferiu entre as áreas, no entato, se concentraram na camada mais superficial do solo. No solo de textura média a remoção da palha levou a depleção do carbono orgânico e a compactação do solo, enquanto que, no solo de textura arenosa os atributos químicos (i.e teores de Ca e Mg) foram os mais impactados. Os resultados indicam a possibilidade de remover cerca de metade da quantidade de palha depositada sobre o solo (8.7 Mg ha-1 palha remanecente) sem causar graves implicações na qualidade deste solo. Em contraste, no solo de textura arenosa, qualquer quantidade de palha foi suficiente para causar alterações na qualidade do solo, contudo, essas alterações foram menos intensas e não aumentaram com as taxas de remoção da palha. Foi possível modelar a produção de colmo e palha de cana-de-açucar utilizando atributos do solo. A camada 0-20 cm foi a mais importante na definição da produção de colmos, ao passo que a camada 0-5 cm, camada em que se concentra os impactos causados pela remoção da palha, foi menos importante. Assim, notamos que os impactos causados ao solo pela remoção da palha tem pouca influencia na produtividade da cultura. A predição da palha se mostrou mais complexa e possivelmente requer informações adicionas (e.g informações da cultivar e de clima) para que bons resultados sejam obtidos. No geral, os resultados sugerem que a remoção planejada da palha para fins energéticos pode ocorre de maneira susutentável, porém deve levar em conta condições locais, e.g propriedades do solo. Contudo, pesquisas de longo prazo com diferentes abordagens ainda são necessárias, tanto para acompanhar e confirmar nossos resultados, como para desenvolver soluções que atenuem os danos causados por esta atividade.

Microalgas são micro-organismos fotossintetizantes que convertem CO2 majoritariamente em lipídios, proteínas e carboidratos. A produção de microalgas é indicada atualmente como alternativa para biomitigação de CO2 e para geração de biocombustíveis, a partir da conversão da biomassa através de processos químicos e biotecnológicos. As vantagens das microalgas estão na sua maior velocidade de crescimento em relação a vegetais oleaginosos superiores e em seu teor lipídico, que para algumas espécies pode chegar a valores maiores que 50%. Apesar do potencial envolvendo as microalgas, muitos desafios ainda precisam ser superados para tornar viável a aplicação desses micro-organismos para fins energéticos. São necessários desenvolvimentos nas mais diversas áreas, abordando os seguintes aspectos: seleção e melhoramento genético de espécies, alcance de maior eficiência fotossintética, desenvolvimento de sistemas de produção e de seu escalonamento, desenvolvimento de sistemas e processos de colheita, extração e processamento, aproveitamento de nutrientes provenientes de resíduos, otimização de condições operacionais, dentre outros. Este trabalho teve por objetivo determinar as melhores condições de crescimento da microalga marinha Nannochloropsis oculata em um fotobiorreator airlift. Os experimentos foram realizados seguindo um delineamento composto central rotacional com temperatura, (19 a 29 °C), concentração de nitrato no meio de cultivo (f/2) (25 a 125 mg.l-1) e intensidade luminosa (3636 a 10364 lux) como variáveis de estudo. Uma planta laboratorial com 12 fotobiorreatores foi construída, permitindo realizar os experimentos do referido planejamento em dois blocos. As variáveis de resposta estudadas e os respectivos melhores resultados experimentais obtidos foram de 482,7 mg.l-1 para a máxima concentração de biomassa, nas condições de 21 °C, 105 mg.l-1 de NaNO3 e 9000 lux, taxa instantânea de crescimento no período exponencial de 0,5624 d-1, nas condições de 24 °C, 75 mg.l-1 de NaNO3 e 7000 lux e percentual de lipídios em biomassa liofilizada de 30,36%, nas condições de 21 °C, 45 mg.l-1 de NaNO3 e 5000 lux. / Microalgae are photosynthetic microorganisms that convert CO2 mainly into lipids, proteins and carbohydrates. Microalgae production is currently pointed out as an alternative for CO2 biomitigation and generation of renewable biofuels, from biomass conversion by chemical and biotechnological processes. Microalgae advantages are fastest growth comparing with oil crops and their higher lipid content, which for some species can reach values above 50%. Despite the potential involving microalgae, many challenges remain to be overcome to make feasible the application of these microorganisms for energy purposes. We need to develop several areas, addressing the following issues: selection and genetic improvement of species, reaching higher photosynthetic efficiency, development of production systems and their scale up, development of systems and procedures for harvest, extraction and processing, use of nutrients from flue gases and wastewater, optimization of operating conditions, etc. This study aimed to determine the best conditions for growth of the marine microalgae Nannochloropsis oculata in airlift phootobioreactor. Experiments were carried out following a central composite design of the following variables: temperature (19 to 29 ° C), nitrate concentration in the culture medium (f/2) (25 to 125 mg.l-1) and irradiance (3636 to 10364 lux). A laboratory plant was built with 12 photobioreactors, allowing perform the central composite design in two blocks. The response variables studied and the best experimental results obtained were 482,7 mg.l-1 for maximum biomass concentration under conditions of 21 °C, NaNO3 concentration 105 mg.l-1 and 9000 lux, instantaneous rate of increase in exponential period equal to 0.5624 d-1 under the conditions of 24 °C, NaNO3 concentration 75 mg.l-1 and 7000 lux and percentual lipid content in lyophilized biomass of 30.36% under the conditions of 21 °C, NaNO3 concentration 45 mg.l-1 and 5000 lux.

Desenvolvimento sustentável tem se tornado um dos termos mais populares na agenda de empresas e governos. Do relatório Brundtland de 1987 a 15a Conferências das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas – COP15 – em 2009, o tema tem recebido crescente atenção uma vez que os atuais padrões de consumo e produção são claramente insustentáveis dos pontos de vista social, econômico e ambiental. O presente trabalho revisou os principais conceitos, métodos e ferramentas ligados à inclusão de valores ecologicamente sustentáveis no projeto de produtos e em seu ciclo de vida. Além disso, buscou, com a aplicação de um método cada vez mais aceito na literatura, denominado Pegada Hídrica, investigar o impacto do setor de biocombustíveis sobre os recursos hídricos no Brasil. Ao estimar o conteúdo de água virtual presente nas fases agrícola e industrial do ciclo de vida dos biocombustíveis analisados, o presente trabalho também buscou contribuir com a produção de dados que poderão ser utilizados na construção de inventários de produtos que fazem uso de etanol e biodiesel em seu próprio ciclo de vida. Outra contribuição possível visa à economia de recursos naturais, já que dados quantitativos são necessários para permitir comparações e eventuais tomadas de decisão cujo objetivo resulta, em última análise, no aumento de produtividade e redução de custos para as empresas. / Sustainable development has become one of the most popular terms in the agenda of corporations and governments. From 1987’s Brundtland report to the 15th United Nations Conference on Climate Change – COP15 – in 2009, the topic has received increasing attention since the current productin and consumption patterns are clearly unsustainable from the social, economic and environmental point of views. This paper reviewed the main concepts, methods and tools for the inclusion of ecologically sustainable values in design and product life cycle. In addition, we attempted, by applying a method increasingly accepted in literature, called Water Footprint, to investigate the impact of the biofuels sector on water resources in Brazil. In estimating the virtual water content present in agricultural and industrial phases of the life cycle analysis of biofuels, this study also aimed to contribute to the production of data that could be used to build inventories of products that use ethanol and biodiesel in their own life cycle. Another possible contribution is aimed at saving natural resources, since quantitative data are needed to allow comparisons and possible decision-making aimed ultimately in increased productivity and reduced costs for businesses.

O mercado internacional de biocombustíveis tem se expandido muito rapidamente devido às questões e preocupações ambientais, econômicas e geopolíticas. O negócio de biocombustíveis pode oferecer oportunidades para os países em desenvolvimento de modo que eles possam produzir o seu próprio combustível de transporte, reduzir os seus gastos energéticos, criar novos empregos para suas economias rurais e por último desenvolver os seus mercados externos. Atualmente já existem muitas fontes de biocombustíveis sendo exploradas/utilizadas. Mas o interesse pelas culturas energéticas não-alimentares tem crescido bastante e dentro destas a Jatropha curcas tem sido realçada como uma possível fonte de biodiesel por causa das suas características de crescer em terras pobres, degradadas sobre condições extremas, de requerer pouca umidade e resultar em colheitas produtivas. Devido ao fato da J. curcas ser bem adaptável a condição árida e semi-aridas de muitos paises em desenvolvimento, e diante do promissor mercado internacional de biocombustivel, vários paises Africanos e Asiáticos tem aproveitado oportunidades do comercio de biodiesel através da exploração dos benefícios da produção e comercio da Jatropha em larga escala. Embora ela já tenha sido amplamente cultivada como cerca viva, pouco se sabe sobre seus aspectos agronômicos para a produção de biocombustivel. Acrescentando, muitas das espécies da Jatropha são conhecidas como altamente plantas tóxicas e o seu cultivo pode ser a causa de muitas preocupações em relação à segurança alimentar e saúde publica. Este estudo pretendeu analisar os desafios e as oportunidades do cultivo da Jatropha em larga escala em paises em desenvolvidos para produção de biodiesel orientada para exportação, respondendo assim as seguintes perguntas: como o biodiesel da Jatropha produzido em paises em desenvolvimento pode ser aceite pelo potencial mercado internacional e se existe qualquer preocupação quanto a sua produção em larga extensão. Aplicou-se o referencial teórico da Strategic Niche Management (SNM) para analisar as experiências sócio-tecnologicas da produção de biodiesel na Índia, sendo esta escolhida como estudo de caso devido ao fato de ela ser atualmente a líder mundial no cultivo da Jatropha em escala industrial. Os projetos Indianos avaliados/analisados foram selecionados de base de dados eletrônica on-line e através de relatórios de pesquisa publicados. Eles foram descritos e analisados de acordo com os processos de criação de nicho quanto a praticas agronômicas para avaliar o estado atual do cultivo da Jatropha dentro da sua cadeia produtiva. Constatou-se que as espécies da Jatropha oferecem oportunidades reais para os prospectivos paises exportadores de biocombustiveis. Mas antes de se engrenar na produção da Jatropha em larga escala, experiências plausíveis tem de ser realizadas com a participação de todos agentes interessados. Eles devem estar envolvidos na formação de rede de agentes, nos processos de aprendizagem através de tentativas e erro, e especialmente as suas expectativas devem ser construídas/baseadas em cima de dados realmente científicos e não em previsões/projeções meramente comerciais. Alem disso, deve-se considerar que o acesso aos mercados desenvolvidos esta crescentemente dependente de sistemas de certificações que levam em conta certas condições especificas sociais e ambientais da produção agrícola na qual todos os paises produtores de biocombustiveis deverão cumprir. / The international biofuel market has been expanding rapidly due to environmental, economic and geopolitical concerns and issues. The biofuel business can offer opportunities for developing countries to produce their own domestic transportation fuels, cut their energy costs, create new jobs in their rural economies, and ultimately build their export markets. There are many biofuel feedstocks being exploited. The interest on non-food energy crops is increasing, and among these Jatropha curcas has been highlighted as a possible source of biodiesel due to its characteristics of growing on barren, eroded lands under harsh climatic conditions, demanding low moisture and in resulting productive harvests. Because J. curcas is well adapted to the arid land and semi-arid conditions of many developing countries, and in face of the promising international biofuel market, several African and Asian countries are seizing biodiesel trade opportunities through exploitation of the benefits of large-scale production and trade of Jatropha. Though it has been widely cultivated in the tropics as a living fence, little is known about the agronomics of this crop for biofuel production. In addition, many Jatropha species are known as highly toxic plants and its cultivation might be a cause of some concerns, regarding food safety and public health. This study is aimed at analyzing the challenges and opportunities of large-scale Jatropha cultivation in developing countries for biodiesel export by addressing the questions how can Jatropha biodiesel be accepted by the potential international market and whether there should be any concerns about cultivating it in large extension. The Strategic Niche Management (SNM) framework was applied to analyze sociotechnological experiments of Jatropha biodiesel production in India, as a case study because this country is currently the world leader in when it comes to cultivate Jatropha on industrial scale. The analyzed Indian projects were selected from on-line electronic data basis and from published research reports. They were described and analyzed according to the niche creation process in relation to agronomic practices to assess the current state of Jatropha cultivation in its production chain. It was found out that Jatropha species offer real opportunities for prospective biofuel-export countries. However, before engaging into large-scale cultivation of Jatropha in developing countries considerable experiments ought to be made with the participation of all stakeholders. They ought to be involved in actor network, learning process trough trial and error, and especially, their expectations should be built on real scientific data and not merely on commercial forecasts. Furthermore, it is to be considered that the access to developed markets is increasingly dependent upon certification systems which take into account certain specific environmental and social, agricultural production conditions which all the biofuel producing countries would be required to fulfil.

A comunicação científica constitui o substrato da pesquisa científica. Por meio dela se configuram os campos de legitimação do conhecimento. Este trabalho de tese se dedicou ao estudo do campo dos biocombustíveis através da comunicação científica. O referido campo de pesquisa envolve diferentes áreas do conhecimento e se refere às demandas energéticas da sociedade pós-industrial. Foram analisados dez anos da comunicação científica para se estabelecer as dimensões disciplinares sobre as quais essa discussão se sustenta. Para tanto, dois métodos de pesquisa foram combinados. Utilizou-se a bibliometria e a análise de conteúdo quantitativa, através de técnicas de text mining. A análise bibliométrica foi realizada com dados quantitativos sobre a comunicação científica, disponíveis na base Web of Science. A análise de conteúdo quantitativa foi feita com textos completos dos artigos e revisões científicas sobre biocombustíveis, utilizando-se o software Wordstat. Os dados bibliométicos apresentaram um alto grau de interdisciplinaridade expresso pela inter-relação de 132 áreas do conhecimento. Ademais, observou-se a predominância das áreas da Química (1.513 artigos e revisões), Engenharias (1.157) e Ciências Agrárias (1.029), configurando um campo com inserção eminentemente tecnológica. Na análise de conteúdo foi possível revelar uma inserção muito significativa das Ciências Sociais na argumentação dos artigos e revisões analisados. Com os dados obtidos foi possível dividir o campo dos biocombustíveis em três grupos de dimensões disciplinares, que o contextualizam. No primeiro grupo, de maior abrangência, participam as dimensões disciplinares das Ciências Agrárias, das Ciências Sociais e das Ciências Ambientais. No segundo grupo, que constitui a base tecnológica do campo, se expressam as dimensões disciplinares da Química, da Engenharia e da Microbiologia. O terceiro grupo, de expressão emergente, reúne as dimensões disciplinares da Biologia e Bioquímica, Ciências Animais e Vegetais, Biologia Molecular e Genética, Economia, Ciência dos Materiais, Nanociências e Nanotecnologia, Geociências, Física, Humanidades, Ciências Multidisciplinares, Matemática e Ciências da Computação. Infere-se que o primeiro grupo de dimensões disciplinares encerra os componentes que justificam socialmente o progresso do campo dos biocombustíveis, enquanto o segundo grupo representa a base tecnológica em que se sustenta essa temática de pesquisa. O terceiro grupo representa as áreas emergentes. No trabalho, formula-se uma métrica para a aferição da expressão da Interdisciplinaridade, útil também para outros campos de pesquisa. / The scientific communication on biofuels published from 1998 to 2007 was analysed by the use of a combination of bibliometric methods and techniques of content analysis. The analysis characterized this field of research as interdisciplinary with marked social relevance. The bibliometric study showed that in this research field 132 different, interacting areas concur with knowledge. Content analysis configured this field under the context of three groups of disciplinary dimensions. The first group, of broader influence, includes Agricultural Sciences, Social Sciences, and Environmental Sciences. The second group, which makes up the technological bases of the field, includes the disciplinary dimensions of Chemistry, Engineering, and Microbiology. In the third group, there are the disciplinary dimensions with emergent expressions in the field of biofuels, namely Biology and Biochemistry, Animal and Plant Sciences, Molecular Biology and Genetics, Economy, Material Sciences, Nanosciences and Nanotechnology, Geosciences, Physics, Humanities, Muldisciplinary Sciences, Mathematics, and Computer Sciences. One can infer from the study that the first group of disciplinary dimensions conform the elements that socially validate the progress of the research in the field of biofuels. Furthermore, in this work a metric is presented for the measurement of the expression of the interdisciplinarity of a research field, useful for the analysis of the biofuel research field and of others as well.

Este trabalho tem como objetivo analisarse há relação de causalidade entre o preço de etanol e o preço do açúcar no mercado de alagoas utilizando a metodologia de Vetores Autoregressivos. A expansão da demanda do etanol no mundo é decorrente de uma preocupação cada vez mais crescente em substituir os combustíveis derivados do petróleo, na medida em que este constitui uma fonte energética não renovável. Outro fator que contribui para o aumento da demanda é a questão ambiental, uma vez que a maior utilização do etanol como combustível permitira uma redução dos gases causadores de efeito estufa. Aliado a esses fatores, a introdução dos veículos flex promoveu uma aumento do consumo de etanol nos períodos em que o preço deste combustível se mostra mais competitivo quando se compara com o preço da gasolina. Contudo o aumento da produção de etanol gerou uma mudança na relação entre os mercados de álcool e açúcar já que os dois são obtidos a partir da mesma matéria prima que é a cana de açúcar. Como resultado, foi encontrada uma relação de causalidade entre os preços do etanol e do açúcar em que o preço do açúcar afeta o preço do etanol, mas este não é capaz de afetar o preço do açúcar. Tal resultado aponta para um mercado de açúcar mais sólido e que é afetado por forças inerentes ao seu próprio mercado. No longo prazo, os preços do açúcar e do álcool sofrem aumento com um choque no preço do petróleo, sugerindo uma dependência das oscilações dessa commodity internacional. Portanto, a criação do novo mercado de bicombustível demonstrou ser um fenômeno recente e que consequentemente não afeta significativamente o mercado de açúcar. / This study aims to examine whether there is causal relationship between the price of ethanol and sugar prices in the Alagoas market using the methodology of Vector Autoregressive. The expansion of ethanol demand in the world is due to an increasingly growing concern in replacing petroleum-based fuels because this is not a renewable energy source. Another factor that contributes to the increased demand is the environmental issue, since the increased use of ethanol as fuel would allow a reduction of greenhouse gases. Besides these factors, the introduction of flex-fuel vehicles promoted an increased consumption of ethanol in periods when the price of this fuel is more competitive when compared to the price of gasoline. However the increase of ethanol production has generated a change in the relationship between ethanol and sugar markets since the two are taken from the same raw material is sugarcane. As a result, we found a causal relationship between the prices of ethanol and sugar where the price of sugar affects the price of ethanol, but the alcohol can not affect the price of sugar. This result points to a more solid sugar market that is affected by forces inherent in their own market. In the long run, prices of sugar and alcohol are suffering with an increase in oil price shock, suggesting a dependence on fluctuations of international commodity. Therefore, the creation of new biofuel market has proved to be a recent phenomenon and therefore does not significantly affect the market for sugar.

Uma maneira ecologicamente correta de manejar os recursos energéticos disponíveis e reduzir as emissões de gases de efeito estufa é utilizar biocombustíveis ao invés de combustíveis de origem fóssil em motores de combustão interna. Entretanto, o preço mais alto dos biocombustíveis pode ser um fator limitante para o aumento e viabilização do seu uso. Em relação ao etanol, para se obter misturas com mais de 80% de etanol em água o custo de produção cresce exponencialmente. Assim, se misturas de etanol com alto percentual de água, de menor custo, puderem ser utilizadas em motores de combustão interna com sucesso, esse combustível pode se tornar mais atrativo e mais amplamente utilizado. Este trabalho analisa o desempenho de um motor de ignição por centelha operando com etanol em diferentes percentuais de hidratação, através de simulações computacionais e procedimentos experimentais. Foi utilizado um motor monocilíndrico de 0,668L e naturalmente aspirado, com relação de compressão de 19:1 e injeção direta em pré-câmara, ciclo Diesel, foi modificado para operação em ciclo Otto - injeção de combustível no duto de admissão e relação de compressão de 12:1. Testes em dinamômetro foram conduzidos com o etanol hidratado comercial (95% de etanol e 5% de água) e com misturas de etanol e água com maiores percentuais de hidratação (conteúdo volumétrico de até 60% de etanol e 40% de água). Simulação computacional através de software de volumes finitos unidimensional foi utilizada para realizar a análise da combustão. Foi possível alcançar operação estável com misturas de até 40% de água em etanol e ocorreu aumento de eficiência térmica para misturas de até 30% de água. / An environmentally friendly way to manage the available energetic resources and to reduce greenhouse gas emissions is to use bio instead of fossil fuels in internal combustion engines. However, the sometimes higher prices of biofuels can be a limiting factor for their widespread and viable use. Concerning ethanol and its production costs, to obtain above 80% ethanol-in-water mixtures demands an exponentially increasing energy supply. Hence, if a low-cost high water content ethanol could be successfully burned in internal combustion engines it would be even more attractive and extensively used. This work analyzes the performance of a spark ignition engine running with ethanol with different percentages of hydration through numeric and experimental simulations. To achieve this goal, a 0,668L naturally aspirated single cylinder engine, with compression ratio of 19:1 and pre-chamber direct injection, operating at Diesel cycle was modified to operate in Otto cycle - port fuel injection, with a compression ratio of 12:1. Dynamometer tests were carried out with commercial hydrous ethanol (95% ethanol and 5% water) and water-in-ethanol blends with higher hydration levels (volumetric content up to 60% ethanol and 40% water). Computer simulation through one-dimensional finite volume software was carried out to perform a heat release analysis. It was possible to achieve stable operation with up to 40% water-in-ethanol blends and thermal efficiency increase was achieved for blends with up to 30% of water.

O modelo atual de desenvolvimento que está baseado na capacidade inesgotável do ambiente em fornecer energia e matéria, passa a ser cada dia menos viável quando se avalia a situação a ser deixada para as futuras gerações. A utilização de fontes não-renováveis de energia, como o petróleo e seus derivados, tem proporcionado elevados índices de desenvolvimento em algumas nações, mas também tem causado sérios impactos ao meio ambiente. Já na década de 70, as crises relacionadas à volatilidade nos preços do petróleo e a força dos movimentos ambientalistas trouxeram a necessidade de uma nova orientação para as questões energéticas em geral, estimulando a busca por fontes renováveis de energia e, entre elas, alternativas no setor agrícola para produção de biocombustíveis. Sendo assim, diversos biocombustíveis vêm sendo testados em todo o país, sendo que um deles, o biodiesel, vem tendo seu interesse retomado nos últimos anos. O biodiesel é um produto obtido da transesterificação de óleos e gorduras de origem vegetal, animal ou residual, que possui características muito semelhantes ao diesel do petróleo. O biodiesel pode ser utilizado puro ou misturado ao óleo diesel em diferentes proporções, sendo que seu maior atrativo é o fato de ser um combustível renovável e menos poluente. Entretanto, o fato de uma tecnologia ser científica e tecnicamente viável não garante que ela seja socialmente aceita pelo mercado e que se torne um produto comercial de sucesso, já que fatores sociais, políticos, econômicos e psicológicos interferem na capacidade dos agentes de avaliar as alternativas disponíveis e tomar decisões. Diante disso, este trabalho visa analisar as alternativas de constituição da cadeia produtiva do biodiesel no Brasil na perspectiva dos centros de P&D e, dessa forma, constatar junto a especialistas as questões fundamentais que têm sido consideradas na análise de viabilidade técnica, econômica e socioambiental da produção e comercialização deste produto. Para tanto, procurou-se identificar os principais elementos de viabilidade a serem abordados junto aos centros de P&D e, por meio de entrevistas em profundidade, delinear alternativas de configuração da cadeia produtiva do biodiesel no Brasil.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-05-10T18:13:14Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1467470 bytes, checksum: e99a47a0de412c2d5f4a16b4865319a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-10T18:13:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1467470 bytes, checksum: e99a47a0de412c2d5f4a16b4865319a0 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / Esse estudo abordou a utilização de emissões atmosféricas como fonte de carbono para o cultivo de microalgas em lagoas de alta taxa (LATs). Para isso foram utilizadas três LATs: em uma foi utilizado CO 2 a uma concentração de 99,9% (LAT 1), na outra, gás de emissão da combustão da gasolina (GECG) (LAT 2) e na terceira (LAT 3) não foi adicionado CO 2 . Os gases foram adicionados mediante demanda, quando o pH do meio atingia 7,5. Foram avaliadas a produtividade de biomassa, a eficiência do tratamento do esgoto e a viabilidade econômica ao se usar cada uma das fontes. Os resultados mostraram que não houve diferença estatística (p < 0,05) entre as produtividades de clorofila a nas três LATs, os valores médios foram 0,09, 0,09 e 0,06 g m -2 dia -1 respectivamente para as LATs 1, 2 e 3. No que diz respeito às remoções de matéria orgânica e nutrientes, os valores de remoção encontrados também não diferiram estatisticamente entre as três lagoas (p < 0,05), sendo que não houve remoção de fósforo em nenhum dos casos. As porcentagens de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) foram de 31,69, 30,78 e 30,42 %. Já em relação à remoção de nitrogênio amoniacal, as porcentagens de remoção não permitiram reduzir a concentração a valores abaixo do máximo permitido pela legislação estadual vigente (26,70, 26,15 e 30,04 mg L -1 , nas LATs 1, 2 e 3, respectivamente). Em todos os casos, para a variável Escherichia coli, foram removidas 2 unidades logarítmicas. A caracterização da comunidade fitoplanctônica mostrou que a adição de CO 2 favoreceu as clorofíceas em relação às cianobactérias e diatomáceas. Os resultados mostraram também que a fonte de CO 2 não influenciou na composição bioquímica da biomassa, não havendo diferença estatística (p < 0,05) entre os resultados encontrados. Os Valores Presentes Líquidos (VPLs) negativos mostraram que nenhum dos dois projetos é viável. Ao se comparar os VPLs, esse valor foi maior quando CO 2 industrial foi utilizado para produzir biomassa que seria utilizada como fonte de proteínas na alimentação animal. Ao contrário, quando a biomassa produzida foi utilizada como matéria-prima para a produção de biocombustíveis, o VPL foi maior ao utilizar-se GECG como fonte de CO 2 . Os resultados mostraram que os investimentos de instalação de fontes externas de CO 2 em um sistema de lagoas de alta taxa que utiliza esgoto doméstico previamente tratado por tanque séptico não são economicamente viáveis para nenhuma das duas fontes de CO 2 estudadas, quando a biomassa produzida nas LATs é utilizada para a produção de biocombustíveis e como fonte de proteínas na alimentação animal. Mostraram também que nas condições desse estudo, a adição de CO 2 , independentemente da fonte utilizada não influenciou no tratamento do esgoto doméstico, nem na produtividade da biomassa. / This study assessed the use of atmospheric emissions as a carbon source for the cultivation of microalgae in high rate algal ponds (HRAPs). Three HRAPs were used: in one, CO 2 was used at a concentration of 99,9% (HRAP 1), in the other, flue gas from the combustion of gasoline (FGCG) (HRAP 2) and in the third (HRAP 3) was not added CO 2 . The gases were added on demand when the pH of the medium reached 7,5. The biomass productivity, the efficiency of the sewage treatment and the economic viability were evaluated when using each of the sources. The results showed that there was no statistical difference (p < 0,05) between chlorophyll a productivities in the three HRAPs, mean values were 0,09, 0,09 and 0,06 g m -2 day -1 respectively for the HRAPs 1, 2 and 3. Regarding removals of organic matter and nutrients, the removal values also did not differ statistically between the three ponds (p < 0,05), and there was no removal of phosphorus in any of the cases. The percentages of removal of chemical oxygen demand (COD) were 31,69, 30,78 and 30,42%. Regarding the removal of ammoniacal nitrogen, the percentages of removal did not allow to reduce the concentration to values below the maximum allowed by state legislation (26,70, 26,15 and 30,04 mg L -1 , in HRAPs 1, 2 and 3, respectively). In all cases, for the variable Escherichia coli, 2 log units were removed. The characterization of the phytoplankton community showed that the addition of CO 2 favored the chlorophytes in relation to cyanobacteria and diatoms. The results also showed that the CO 2 source did not influence the biochemical composition of the biomass, and there was no statistical difference (p < 0,05) between the results found. Net Present Values (NPVs) showed that neither project is viable. When comparing NPVs, this value was higher when industrial CO 2 was used to produce biomass that would be used as a source of protein in animal feed. In contrast, when the biomass produced was used as a raw material for the production of biofuels, the NPV was higher when using FGCG as a source of CO 2 . The results showed that the investments of installation of external sources of CO 2 in a system of high rate algal ponds using domestic sewage previously treated by septic tank are not economically viable for either of the two sources of CO 2 studied, when the biomass produced in the HRAPs is used for the production of biofuels and as a source of protein in animal feed. They also showed that under the conditions of this study, the addition of CO 2 , regardless of the source used, did not influence domestic sewage treatment or biomass productivity.