Este trabalho contém um estudo experimental para a obtenção e a validação de um combustível à base de água, obtido através da eletrolise desta e denominado de HHO (Gás de Brown), a ser utilizado como auxiliar na queima de hidrocarbonetos dos demais combustíveis fósseis e de fontes renováveis como o álcool hidratado (etanol). Para a realização deste trabalho foi utilizado um eletrolisador composto por placas de aço inox 316L e eletrólito à base de hidróxido de potássio, conjunto este de eletrólito em sua concentração ideal, material de construção do eletrolisador determinado através de estudo prévio em bibliografia. Posto o sistema em funcionamento, realizado a análise exergética da composição e do gás gerado, onde se verificou a existência de energia disponível para gerar trabalho útil e que o maior desperdício se encontrava na potência elétrica utilizada para a produção do gás. Após esta validação o gás foi submetido a testes em dinamômetro de desempenho e emissões com motores de combustão interna com deslocamento de 1,6 litros, porém com configurações diferentes de alimentação. Para que os dados refletissem a utilização de maior demanda de combustível, como no trânsito urbano, foram escolhidas as rotações de 1500rpm, 2500rpm e 3500rpm, com aberturas de borboleta em dois estágios, total 100% e abertura parcial a 40%. As variáveis controladas foram a potência, o torque, o consumo instantâneo de combustível, o fator lambda (λ) e a emissão dos gases CO, CO2 e HC. Em ambos os testes, aberturas total e parcial, com suas respectivas particularidades de no sistema de alimentação, foram apresentadas tendências de melhora em desempenho e reduções de emissões, devido aos valores obtidos estarem dentro das incertezas de medição no caso do sistema de alimentação por carburador e combustível principal o álcool hidratado, contudo no caso do sistema de alimentação por injeção eletrônica programável à gasolina comercial, com injeção de gás individualizada os resultados apresentados ficaram moderadamente acima das incertezas de medição. Entretanto, o sistema utilizado no experimento com gasolina + HHO e injeção programável, apresentou uma redução de emissões de CO em 26,4% (abertura parcial) e 18,6% (abertura total), reduzindo as emissões de HC em 16% (abertura parcial) e 14,5% (abertura total) e, por sua vez, o consumo de combustível reduziu em 29,6%. / This work contains an experimental study to obtain and validate a water-based fuel obtained through the electrolysis of this one and denominated HHO (Brown Gas), to be used as an auxiliary in the hydrocarbon burning of other fossil fuels and renewable sources such as hydrated alcohol (ethanol). For this work, an electrolyzer composed of 316L stainless steel plates and electrolyte based on potassium hydroxide was used, this electrolyte assembly in its ideal concentration, electrolyte construction material determined through a previous bibliography study. After the system was in operation, the exergy analysis of the composition and generated gas was performed, where the existence of available energy to generate useful work was verified and that the greatest waste was in the electric power used for the production. After this validation the gas was submitted to dynamometer tests of performance and emissions with engines of internal combustion with displacement of 1.6 liters, but with different feeding configurations. For the data to reflect the use of higher fuel demand, such as in urban traffic, the revolutions of 1500rpm, 2500rpm and 3500rpm were chosen, with twostage butterfly apertures, total 100% and partial opening at 40%. The variables controlled were power, torque, instantaneous fuel consumption, lambda factor (λ) and emission of CO, CO2 and HC gases. In both tests, total and partial openings, with their respective peculiarities of the feed system, presented trends of improvement in performance and emission reductions, due to the values obtained being within the uncertainties of measurement in the case of the carburetor feed system and the main fuel is the hydrated alcohol, however in the case of the commercial gasoline programmable electronic fuel injection system with individualized gas injection the presented results were moderately above the measurement uncertainties. However, the system used in the experiment with gasoline + HHO and programmable injection showed a reduction of CO emissions by 26.4% (partial opening) and 18.6% (total opening), reducing HC emissions by 16% ( partial opening) and 14.5% (total opening) and, in turn, fuel consumption decreased by 29.6%.

A injeção de carvão pulverizado (pulverized coal injection - PCI) é uma técnica largamente utilizada nos altos-fornos pelas siderúrgicas brasileiras, seguindo uma tendência mundial, que busca reduzir o consumo específico de coque por tonelada de gusa e, em consequência, do custo do ferro gusa produzido. A combustão do carvão pulverizado ocorre sob pressões médias (de até 4 atm), temperaturas de chama elevadas (em torno de 2 000 °C), altas taxas de aquecimento (104 a 105 °C/s), tempo de residência muito curtos (inferiores a 40 ms), e é seguida pela gaseificação na presença de CO2. Como não existem métodos padronizados para a avaliação das características de combustão dos carvões para sua utilização em PCI, utilizam-se geralmente equipamentos de injeção de carvão em escalas laboratorial e de bancada, além plantas-piloto com este propósito. O objetivo principal deste trabalho é apresentar as etapas do desenvolvimento de um equipamento em escala de bancada realizado no Laboratório de Siderurgia da Escola de Engenharia da UFRGS (LASID-UFRGS), desde o projeto conceitual até a fase pré-operacional, e os resultados iniciais obtidos, para estudar as características de combustão dos carvões em condições bastante similares às que ocorrem nos altos-fornos. Os testes iniciais incluem a avaliação da combustão de um carvão brasileiro objetivando seu uso potencial em PCI, em substituição parcial de carvões importados para este fim. Optou-se por um projeto moderno, altamente automatizado, que inclui aquisição rápida de dados, com escala e conceito operacional adequados para estudos acadêmicos, de configuração vertical e que possibilitasse a operação no modo de injeção de uma amostra de carvão em pulso único, bem como uma adequação futura ao modo de injeção contínua de carvão. Algumas características relevantes do equipamento são a medição e aquisição ultrarrápida de dados termodinâmicos de pressão e temperatura em diversos pontos do sistema, permitindo o registro dos fenômenos transientes que ocorrem durante a combustão, a possibilidade de programação e controle de tempos, pressões e temperaturas para testes de combustão e de pirólise através de rotinas especialmente desenvolvidas para isto, bem como a coleta representativa dos produtos sólidos e gasosos resultantes da combustão para posterior análise. É ainda possível a filmagem da xvi combustão em modo ultrarrápido, permitindo correlacionar as imagens aos dados termodinâmicos registrados durante a combustão ao longo de um segundo, em intervalos de poucos milissegundos. Os resultados iniciais obtidos na fase pré-operacional demonstram o bom funcionamento do sistema, permitindo distinguir claramente a influência da variação de parâmetros operacionais como tipo de carvão, massa e de amostra injetada, pressão e temperatura de operação e composição dos gases oxidantes. / Pulverized coal injection (PCI) is a technique used in blast furnaces (BFs) by Brazilian steel industry, following a worldwide trend, to reduce coke consumption by ton of hot metal produced, and therefore reducing the overall cost. Burning of pulverized coal injected into tuyeres of BFs takes place under medium pressure (up to 4 atm), high flame temperatures (around 2 000 °C), very fast heating rates (104–105 °C/s) and very short residence times, less than 40 ms, followed by gasification in presence of CO2. Since there are no standard tests for evaluation of coal combustibility at PCI conditions, lab and bench scale coal injection rigs and pilot plants are usually employed for this purpose. This work shows the development steps of a bench-scale rig, built at the Iron and Steelmaking Laboratory of the School of Engineering - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LASID-UFRGS), from the conceptual design to the pre-operational step, as well as the initial results. This equipment permits to study the combustion characteristics of coals in conditions very close to those occurring in blast furnaces. Initial tests include the combustion evaluation of a Brazilian coal, aiming its potential usage for PCI, in partial substitution of imported coals for this purpose. The rig has a modern design and is highly automated. Its scale and operational concept is fitted for academic studies. It has a vertical configuration, to be operated with injection of a coal sample in a single pulse mode and is capable to be adjusted afterwards to continuous coal injection mode. Some relevant characteristics of the injection rig are: (1) the very fast measurement and acquisition of thermodynamic data of pressure and temperature in several points of the system, allowing the capture of transient phenomena occurring along the combustion process; (2) the possibility of programming and controlling time intervals, pressures and temperatures to perform combustion and pyrolysis tests, employing specially developed routines; and (3) the representative sample collection of solid and gaseous combustion products to be further analyzed. It is also possible to capture images of the combustion by a high-speed camera, allowing correlate the images, acquired during a time interval of one second, with the thermodynamic data collected in intervals of few milliseconds. xviii The good performance of the equipment was shown by the initial results obtained at the pre-operational phase. The experimental data clearly depicted the effect of operational parameters like coal type, injected sample mass, operational pressure and temperature, and oxidizing gas composition.

O presente trabalho visou obter catalisadores mássicos baseados em Mo e Nb, a partir de sais de seus respectivos precursores. O óxido MoNbOx, precursor do catalisador, foi obtido através do método de síntese via sol-gel. Realizou-se uma mistura física com um material ligante (hidróxido de alumínio), adicionado em teores de 20%, 30%, 40% e 50%, e o óxido para melhorar suas propriedades texturais (área superficial específica, volume de poros, diâmetro de poros). Essas misturas foram peptizadas com ácido nítrico a 1%, 2,5% e 5% de concentração, extrudadas e calcinadas a 600ºC. Os materiais calcinados foram caracterizados com o auxílio de análise de volumetria (BET), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva (EDS) e ensaio de compressão. Amostras produzidas com uma solução de ácido nítrico de 5,0% e 50%-massa de -Al2O3 apresentaram os maiores valores de resistência à compressão e de área específica, portanto, realizou-se o ensaio catalítico da amostra a 30 bar e 300ºC usando como molécula modelo a solução com 2% em massa de dibenzotiofeno (DBT) em hexadecano. / This work has focused to obtain the bulk multimetallic catalyst based on Mo and Nb from its respective precursor salts. The MoNbOx oxide, precursor of the catalyzer, was obtained through the synthase method by sol-gel. It was realized a physical mix with a binder material (aluminum hydroxide), added in levels of 20%, 30%, 40% and 50%, and then the oxide in order to improve its texture properties (specified superficial area, pores volume, pores diameter). These mixes were peptized with nitric acid as 1%, 2.5% and 5% of concentration, extruded and calcined at 600°C. The calcined materials were evaluated by means of volumetric analysis (BET), X-ray diffraction (DRX), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS) and compression tests. Samples produced with 5.0% nitric acid solution and 50%-weight -Al2O3 presented the higher compression strength and specific area values, therefore, it was realized the catalytic test for the sample at 30 bar and 300ºC using the solution with 2%-weight of dibenzothiophene (DBT) in hexadecane as model molecule. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

A espectroscopia por infravermelho tem se mostrado um poderoso instrumento no estudo de propriedades físicas de combustíveis, obtendo cada vez mais destaque no monitoramento da qualidade dos mesmos. Contudo, os instrumentos de laboratório não produzem estas propriedades como resposta, requerendo por sua vez a calibração de modelos que relacionem as medidas espectrais obtidas com os parâmetros de interesse. Neste trabalho, é estudado um método de calibração multivariada em que o conjunto de espectros original é pré-processado via transformação com pacotes wavelet, com estrutura de decomposição otimizada. Para tal fim, emprega-se um funcional custo adequado à natureza do problema. São avaliadas ainda algumas técnicas comuns para a filtragem, bem como alguns critérios de seleção de variáveis presentes na literatura. Tendo em vista a validação do método estudado, apresenta-se um estudo de caso envolvendo a determinação de massa específica e temperaturas para 10%, 50% e 90% de evaporados em amostras de gasolina. Neste estudo são comparados o desempenho dos modelos de Mínimos-Quadrados Parciais pré-processados com transformada de pacotes wavelet, transformada wavelet convencional e sem pré-processamento dos espectros. É apresentado ainda, um estudo comparativo entre os critérios de seleção de coeficientes por correlação e variância. Os resultados datécnica com transformada de pacotes wavelet, associada à seleção de coeficientes por correlação com a propriedade de interesse, se mostram superiores aos obtidos com as outras técnicas, propiciando uma melhora expressiva na capacidade preditiva dos modelos obtidos por Mínimos-Quadrados Parciais.

A presente tese investigou experimentalmente a influência de oxigênio na presença de fuligem em chamas parcialmente pré-misturadas, utilizando Gás Liquefeito de Petróleo - GLP como combustível. Investigou-se a influência do número de Reynolds do jato reativo laminar, da razão de equivalência e da potência térmica teoricamente liberada. Para detecção de fuligem na chama utilizou-se a técnica de incandescência induzida por laser e os resultados mostraram que a presença de oxigênio em chamas parcialmente pré-misturadas pode representar uma ferramenta útil no controle de fuligem para dispositivos práticos de combustão.

Este trabalho apresenta uma análise das diversas alternativas de engenharia na prevenção de ignição dentro dos tanques de combustível das aeronaves de transporte, ou pelo menos, na contenção da expansão dos gases em decorrência de uma ignição, avaliando a viabilidade técnica e econômica das alternativas estudadas de maneira a produzir um ranking das alternativas mais viáveis na direção de se obter uma avaliação comercial mais segura com o menor impacto possível no custo operacional das aeronaves. Objetivando-se a cobertura de um maior número de possibilidades de solução para o problema proposto neste trabalho, são analisadas não só ações sobre o projeto das aeronaves como também sobre os aeroportos, sobre os combustíveis ou até mesmo sobre os procedimentos de operação. São analisadas ainda dois tipos de alternativas: as ativas, que agem nas causas da ignição através da criação de um ambiente impróprio ao desenvolvimento desta, e as alternativas passivas, que minimizam as conseqüências da ignição depois de ocorrida. Adicionalmente, são estudadas tanto alternativas para novos projetos de aeronaves quanto para aeronaves já em operação.

O mundo da aviação é muito restritivo quando se trata da segurança de passageiros. Com o recente advento do biodiesel, durante o transporte surgiu um novo meio de contaminação de Combustível de Aviação por biodiesel, ou FAME, que devido às restrições de segurança causou alguns impactos na operação de aeronaves de todos os tipos. A dificuldade de se analisar o problema e se determinar a quantidade admissível de contaminação é tamanha que envolveu diversas entidades internacionais, órgãos certificadores e fabricantes de aeronaves e motores por todo o mundo. A dificuldade vem principalmente da variedade de aeronaves e da falta de dados de ensaios que comprovem os efeitos da contaminação a longo prazo. Devido a aspectos econômicos e ambientais, o crescimento do consumo de biodiesel no mundo vem aumentando desde o final da década de 90, logo, o aumento da ocorrência de contaminações deve crescer da mesma maneira. Este trabalho traz uma proposta simplificada para a análise do nível de contaminação por FAME, relacionando esta quantidade com o tipo de equipamentos instalados na aeronave, seu material de fabricação, tempo de uso, criticidade de falha, entre outros. A proposta apresentada pode ser usada ao longo dos anos para se formar um banco de dados, com informações históricas de várias aeronaves de portes diferentes. Este banco de dados pode ser utilizado futuramente para facilitar a tomada de decisão diante de um cenário de contaminação com quantidade de FAME conhecida.

Neste trabalho foi investigada a presença de fuligem em chamas difusivas de diesel e misturas diesel/biodiesel para avaliar os efeitos da adição de biodiesel na mistura em relação à formação de fuligem. As misturas utilizadas continham 5%, 10%, 20% e 50% de biodiesel misturados em diesel. Para a detecção da fuligem foi utilizada a técnica de incandescência induzida por laser (LII). Os experimentos foram realizados com um laser de Nd:YAG operando em dois diferentes comprimentos de onda: 1064 nm, o qual excita apenas a fuligem; 532 nm que excita a fuligem e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA';s). A diferença entre a intensidade de sinal obtida com os dois comprimentos de onda de indica quantidade de HPA';s na superfície da fuligem. Os resultados mostraram que a presença de fuligem na chama diminui com o aumento da quantidade de biodiesel na mistura. A comparação entre as medidas feitas com comprimentos de onda do laser em 1064 nm e 532 nm mostraram que a fluorescência dos HPA';s contribui de forma considerável para o sinal obtido com o laser em 532 nm, confirmando uma presença significativa de HPA';s na superfície da fuligem.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de um programa para aquisição e processamento de dados aplicados a um banco de testes de propulsão líquida. O banco é constituído de Câmara de Elemento Único (CEU) e utiliza álcool como combustível um oxidante criogênico, o oxigênio líquido LOx, pressurizado. O programa foi elaborado em linguagem de programação gráfica G, utilizando o software LabVIEW. A interface gráfica do programa permite ao usuário configurar diferentes opções de ensaios ao mesmo tempo em que se verificam as condições de segurança para a execução dos mesmos. Realizou-se levantamento e descrição de toda a instrumentação da bancada bem como os erros potenciais a ela associados, considerando-se sempre o alto risco presente na operação deste tipo de banco.

The entire world is concerned about running out of petroleum in the future, since 90% of all primary energy currently produced is derived from petroleum. Concern also exists about emissions and their impact on the environment, which are a byproduct of the petroleum combustion process. Renewable biofuels are currently seen as good alternatives, which may address both concerns. One of the most promising biofuels, to be used in the world transportation sector on ground and in air, is farnesane (C15H32). Farnesane is a hydrocarbon produced by adding Hydrogen to farnesene, which is extracted from yeast-fermented sugar cane. Among the air pollutants emitted by any combustion process, particulates are most harmful to the environment. Particulates whose size is lower than 100 nm are known as soot. Soot emission also represents a loss of useful energy, negatively affecting the efficiency of any combustion process. This work provides a comparison of the soot emissions of wick-fed diffusion flames from mixtures, in different proportions (0, 5, 10, 20, 50, 75 and 100%), of aviation kerosine (also known as aviation turbine fuel or simply jet fuel) with farnesane, using Laser Induced Incandescence (LII) technique, to evaluate the effects of farnesane in aviation kerosine combustion. Furthermore, a mapping of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) formation for each blend is provided, since PAH is considered to be the main soot precursor. The results demonstrate that the maximum concentration of soot is located 11 mm above the burner and that the addition of farnesane to kerosine inhibits PAH formation, which causes soot concentration to decrease. Regarding soot particle diameter, they present low axial variation for fuel blends with low quantities of farnesane. Soot particle size decreases at fuel blends with higher proportions of farnesane, and for all fuel blends the smallest soot particle sizes are observed at 11 mm above burner, which is the same height as the highest soot volume fraction.