A significant part of the world economy depends on stationary or vehicular Diesel engines. Such engines are fed mainly by fossil fuels, among these, the standard diesel. The growing interest in renewable energy sources makes the use of ethanol in these engines a real technological demand. From the existing concepts to meet this goal the Diesel-Ethanol in the Dual-Fuel mode has demand for published experimental data. Such concept brings a greater degree of freedom, but implications in technological challenges. It works through a PFI (Port Fuel Injection) system to prepare a pre-mixture of air and ethanol in the intake port which is compressed in the combustion chamber and ignited by pilot injection of diesel. In this work a single cylinder research engine with 100% electronically controlled calibration was used. The engine control parameters were set to maximize diesel substitution rate by ethanol with a limited indicated efficiency loss. Comparisons were made among different working conditions. Initially, the flow structure in the combustion chamber was tested in both quiescent and high swirl modes. Compression ratios were adjusted at 3 different levels: 14:1, 16:1 and 17:1. Two injectors were tested, the first one with mass flow of 35 g/s and another of 45 g/s. Regarding pressure diesel injection, 4 levels were investigated namely 800, 1000, 1200 and 1400 bar. The experiments discussed in this work were able to achieve up to 65% of diesel energy substituted by hydrated ethanol energy with an indicated efficiency of 49%. In comparison with the diesel only running condition, the NOx emissions was improved by up to 60%. But the HC, CO and aldehydes emissions had a penalty, showing a trade-off that shall be further investigated with a final design engine in the beginning of product development process.

A adulteração de combustíveis é uma grande preocupação no Brasil. A agência reguladora nacional (ANP) detecta anualmente de 1 a 3% de adulterações nas amostras coletadas, o que é um índice alto considerando o tamanho do mercado brasileiro. As alternativas de adulteração são vastas e muito dinâmicas, por isso os arranjos de sensores baseados no conceito de seletividade global parecem os mais adequados para detectar falsificação de combustíveis. O conceito de seletividade global leva em conta a sensibilidade cruzada de sensores químicos não específicos e o uso de métodos de análise multivariada de dados para encontrar padrões para amostras de diferentes composições químicas. Os sensores químicos podem ser obtidos de uma variedade de materiais sensoativos, cujas respostas elétricas variam de acordo com as propriedades físico-químicas do meio em que se encontra. Os polímeros condutores são excelentes materiais sensoativos, pois sua condutividade elétrica é grandemente influenciada pelas condições ambientais e podem ser processados na forma de filmes finos através várias técnicas. No presente trabalho, filmes de poli(3-metiltiofeno) (PMTh) e poli(3-hexiltiofeno) são depositados por cronopotenciometria e cronoamperometria sobre microeletrodos interdigitados e são caracterizados por espectroscopia de impedância. Os dados são analisados por redes neurais artificiais do tipo multilayer perceptron e bons resultados são obtidos na detecção de adulteração de gasolina. O mesmo estudo também pode ser aplicado na detecção de adulteração de álcool etílico combustível com um desempenho um pouco pior. / Fuel adulteration is a major concern in Brazil. The local governmental agency detects from 1 to 3% of problematic samples yearly, which is a lot considering Brazils market size. The myriad of adulteration possibilities is vast and it is very dynamic, thus array of sensors based on global selectivity concept seems to be more suitable methodology to detect problems in fuel. The global selectivity concept encompasses the cross-sensitivity of non-specific chemical sensors and the use of multivariated data analysis methods as a way to provide fingerprints for samples of different chemical composition. The chemical sensors can employ different types of sensoactive materials, whose electrical responses are dependent on the physicochemical characteristics of the media they get in contact with. Conducting polymers (CP) are per excellence suitable sensoactive materials, since their electrical conductivity is highly influenced by the environmental conditions and they can be easily processed in the thin film form by different techniques. In the present work films of poly(3-methylthiophene) (PMTh) and poly(3-hexylthiophene) (PHTh) are deposited by chronopotenciometry and chronoamperometry onto interdigitated microelectrodes and characterized through Impedance Spectroscopy. This data was analyzed with Multilayer perceptron neural networks and a very good performance is found in gasoline adulteration detection. A less great performance was also achieved in the investigation vehicular ethanol adulteration.

O problema da poluição do ar se constitui em uma das mais graves ameaças à qualidade de vida de homens, animais, vegetais e a todo ambiente. O aumento da concentração de poluentes atmosféricos é gerado devido à crescente urbanização e ao aumento da frota de veículos automotores, principalmente. As emissões causadas por veículos carregam diversas substâncias tóxicas como: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), compostos orgânicos voláteis (COV), hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e outros que produzem vários efeitos negativos sobre a saúde. Tendo em vista essa situação, o objetivo deste trabalho foi a análise de gases poluentes emitidos por motores por Cromatografia Gasosa de Alta Resolução (CGAR). Foram analisados compostos orgânicos voláteis (benzeno, tolueno, etilbenzeno, o-xileno, m-xileno e p-xileno) nas emissões de motores empregando diesel de petróleo como combustível, B10 e etanol. Para estes combustíveis, compararam-se os teores dessas emissões (substâncias poluentes) variando-se alguns parâmetros dos motores. Também, foram feitas determinações dessas substâncias tóxicas nas emissões de motores empregando etanol como combustível. Nas emissões deste tipo de motor variando-se os parâmetros qualidade da mistura e rotação detectou-se benzeno na concentração 0,129 &#177 0,021, 0,124 &#177 0,020 e 0,132 &#177 0,007 &#956g/mL (mistura rica, estequiométrica e pobre, respectivamente); 0,134 &#177 0,017, 0,129 &#177 0,007 e 0,133 &#177 0,044 &#956g/mL (1700 rpm, 2200 rpm e 2700 rpm, respectivamente) que podem ser provenientes do óleo lubrificante. Em geral, para o motor de ignição por compressão, comparando-se as emissões tanto por diesel de petróleo como com mistura B10 observou-se uma redução significativa nas emissões dos poluentes aromáticos quando se emprega a mistura B10. Principalmente, para o benzeno, notou-se diminuição nas concentrações de até 24,5%. Apesar de ter obtido um valor de concentração abaixo de 1 &#956g/mL tanto na utilização do diesel quanto na de B10, esta redução é extremamente significante, por ser o benzeno, um composto carcinogênico. Além disso, a adição de biodiesel ao diesel mostrou-se eficiente na redução das emissões de poluentes. / Air pollution\'s is one of the most serious environment problems concerning human animals and vegetables life. The increase of concentration of atmospheric pollutants is generated mainly due to increasing urbanization and the increase on the number of motor vehicles. The emissions caused by vehicles contain several toxic substances as: carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), volatile organic compounds (VOC), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and others substances ending quite negative effect on health. Considering this situation, this study described the procedures of analysis of pollutant gases emitted by engines, such as volatile organic compounds (benzene, toluene, ethilbenzene, o-xylene, m-xylene and p-xylene) by using High Resolution Gas Chromatography (HRGC) applied to diesel, B10 mixture, and ethanol emissions analysis. Considering the use of diesel and B10 as fuel, a comparative studies has been performed for fossil fuel (diesel) and biodiesel by varying some parameters of the engines. Also, determination of these toxic substances in the emissions of engines had been made using ethanol as fuel. In the emissions of this type of engine varying the parameters as mixture quality and rotation had been detected benzene at concentration values 0,129 &#177 0,021, 0,124 &#177 0,020 e 0,132 &#177 0,007 &#956g/mL (rich, stoichiometry and lean mixture); 0,134 &#177 0,017, 0,129 &#177 0,007 e 0,133 &#177 0,044 &#956g/mL (1700 rpm, 2200 rpm and 2700 rpm, respectively) that can be proceeding from the lubricant oil. In general, for CI engine burning diesel or B10 mixture it has been observed drastically reduction in the emissions of the aromatic compounds by using B10. Especially for benzene the reduction of concentrations occurs on the level of about 24.5%. Although, it has obtained a concentration value below 1 &#956g/mL as much as in the using diesel and B10, this reduction is, extremely significant, to being benzene a carcinogenic compound. Moreover, the addition of biodiesel to the diesel has been showed efficient in the reduction of the pollutants emissions.

Este trabalho analisa a viabilidade técnica, econômica e financeira para substituir a eletrotermia resistiva pela queima direta de gases combustíveis, sendo eles o gás natural (GN) e o gás liquefeito de petróleo (GLP). Para atingir este objetivo, faz-se um levantamento da presença da eletrotermia nos processos produtivos de algumas indústrias localizadas na grande São Paulo; propõe uma metodologia para a escolha das indústrias com maior concentração na região geográfica estudada com o uso do CEP, código CNAE, histórico do setor e número de funcionários; desenvolve uma metodologia para avaliar o impacto da substituição da eletrotermia na qualidade da energia elétrica resultante da mudança, com o foco no fator de potência e harmônicas; elabora um procedimento para se fazer o levantamento de campo, com a identificação da matriz de usos finais da energia, as características dos processos que utilizam a eletrotermia, analisando as limitações desta substituição, os diferentes custos operacionais de acordo com as tarifas da concessionária e formas de contratação da energia. Este trabalho identifica as políticas e programas governamentais existentes para a eficiência energética e faz análise crítica das mesmas, como também sugere alterações para facilitar a mudança do energético utilizado (cerne da substituição da eletrotermia), buscando aumentar a sinergia entre estes programas e as políticas, com o intuito de apresentar a substituição da eletrotermia como um grande potencial para a redução do consumo de energia elétrica no Brasil e no uso mais racional dos gases combustíveis. / This work analyzes the technical, economical and financial viability to substitute the resistive electrotherm for the direct combustion of fuel gases, such as natural gas (NG) and liquefied gas of petroleum (LGP). In order to do so, a study of the electrotherm presence in the productive process of some industries located in The Great São Paulo has been done; a methodology to choose industries concentrated mainly in the above mentioned geographic region by Zip Code, ISIC Code, historic of the sector and number of employees was proposed; a methodology was developed to evaluate the impact of the electrotherm substitution on the quality of the remaining electric energy, after the change, focusing on power factor and harmonics; a procedure for the field study was also proposed, identifying the final uses of the energy, the characteristics of the processes which use electrotherm, analyzing the limitations of these substitutions, the different operational costs according to the local concessionaries and how the energy has been contracted. This work identifies the existing policies and governmental programs for energetic efficiency and makes a critical analysis of them, as well as suggesting alternatives to the current energy model (core of electrotherm substitution), seeking to improve the synergy between policies and programs, in an attempt to show the electrotherm substitution as a huge potential to reduce the electric energy consumption in Brazil and a more rational use of fuel gases.

O constante avanço econômico e tecnológico que estamos vivendo, nos dias de hoje possui como uma das mais marcantes características o aumento na demanda de combustíveis para diversos usos. Fato que pode ser preocupante do ponto de vista ambiental, onde estes combustíveis representam grandes potenciais poluidores. Na área de estudos (região urbana de São Carlos - SP) já existem focos de poluição identificados pela CETESB, onde também ocorrem três importantes aquíferos: Bauru, Guarani (porosos) e Serra Geral (fraturado), estando estes em sessão aflorante (zona de recarga) e em sub-superfície. O mapeamento geológico-geotécnico é uma importante ferramenta, que pode ser empregada como método de diagnóstico fundamentando a análise de vulnerabilidade de contaminação dos recursos hídricos. Com a integração do mapeamento geotécnico e técnicas de caracterização específicas de áreas contaminadas poderemos proceder com uma análise de vulnerabilidade mais consistente. O método GOD, utilizado como parâmetro para a análise de vulnerabilidade, vem sendo muito utilizado tanto no cenário nacional como internacional. Neste trabalho se mostrou eficiente, sendo possível correlacionar as diversas classes de vulnerabilidade com os compartimentos geológico-geotécnicos definidos no mapeamento e com a análise dos condicionantes geotécnicos que podem deflagrar uma contaminação em cada unidade geológico-geotécnica definida. / The constant economic and technological advancement that we are living today has one of the most striking features an increase in fuel demand for different uses. This fact may be worrying the environmental point of view, where these fuels are major potential polluters. In the study area (urban area of Sao Carlos - SP) since there are outbreaks of pollution identified by CETESB, where also there are three major aquifers: Bauru, Guarani (porous) and Serra Geral (fractured), the latter being in session outcropping (zone charge) and sub-surface. The geological-geotechnical mapping is an important tool that can be used as a method of diagnosing the reasons for vulnerability analysis of contamination of water resources. With the integration of geologicalgeotechnical mapping and geotechnical characterization techniques to specific contaminated areas can proceed with a more consistent vulnerability analysis. The GOD method, used as a parameter for the vulnerability analysis, has been widely used in both the national and international scenario. In this work This method was successfully, it is possible to correlate the various classes of vulnerability compartments defined in the geological-geotechnical mapping and analysis of geotechnical conditions which may trigger a contamination in each unit defined.

O motor a álcool pré-vaporizado tem potencial para ser uma alternativa mais eficiente e menos poluente aos motores a álcool convencionais. Nele, o combustível é vaporizado com calor rejeitado pelo próprio motor e admitido na fase gasosa, aproveitando-se das vantagens dos motores com combustíveis nessa fase sem alguns dos seus inconvenientes. O projeto foi aperfeiçoado buscando viabilidade técnica e econômica para sua instalação em veículos automotores. Água do sistema de arrefecimento cede calor para a ebulição do combustível. As novas tecnologias para injeção de combustíveis gasosos contribuem para esse objetivo, bem como o desenvolvimento de um sistema sustentável e auto-ajustável de geração de vapor de etanol que usa a água do sistema de arrefecimento. Conseguiu-se maior eficiência em quase todos os regimes de funcionamento estudados, bem como meios de reduzir as principais emissões automotivas indesejáveis. / Pre-vaporized ethanol engine (PVEE) has potential to be more efficient and less pollutant than conventional ethanol-powered engines. In it, fuel is vaporized with heat rejected by engine itself and intook in gaseous form, taking advantage of this kind of fuel but without some of its inconveniences. The PVEE project was polished looking for economical and technical liability to future use in automotive vehicles. New gaseous fuel injection technologies contribute to this goal, together the development of a sustainable and self-adjustable ethanol vapor generating system who uses water from engine\'s cooling systems. Better efficiency was achieved in almost all investigated regimes, as well as were found ways to reduce the main undesirable automotive emissions.

A utilização de técnicas analíticas para classificação de produtos ou predição de propriedades químicas tem se mostrado de especial interesse tanto na indústria quanto na academia. Através da análise da concentração elementar, ou de técnicas de espectroscopia, é possível obter-se um grande número de informações sobre as amostras em análise. Contudo, o elevado número de variáveis disponíveis (comprimentos de onda, ou elementos químicos, por exemplo) pode prejudicar a acurácia dos modelos gerados, necessitando da utilização de técnicas para seleção das variáveis mais relevantes com vistas a tornar os modelos mais robustos. Esta dissertação propõe métodos para seleção de variáveis em química analítica com propósito de classificação de produtos e predição via regressão de propriedades químicas. Para tal, inicialmente propõe-se um método de seleção de intervalos não equidistantes de comprimentos de onda em espectroscopia para classificação de combustíveis, o qual baseia-se na distância entre espectros médios de duas classes distintas; os intervalos são então utilizados em técnicas de classificação.Ao ser aplicado em dois bancos de dados de espectroscopia, o método foi capaz de reduzir o número de variáveis utilizadas para somente 23,19% e 4,95% das variáveis originais, diminuindo o erro de 13,90% para 11,63% e de 4,71% para 1,21%. Em seguida é apresentado um método para seleção dos elementos mais relevantes para classificação de vinhos provenientes de quatro países da América do Sul, baseado nos parâmetros da análise discriminante linear. O método possibilitou atingir acurácia média de 99,9% retendo em média 6,82 elementos químicos, sendo que a melhor acurácia média atingida utilizando todos os 45 elementos disponíveis foi de 91,2%. Por fim, utiliza-se o algoritmo support vector regression – recursive feature elimination (SVR-RFE) para seleção dos comprimentos de onda mais importantes na regressão por vetores de suporte. Ao serem aplicado em 12 bancos de dados juntamente com outros métodos de seleção e regressão, o SVR e o SVR-RFE obtiveram os melhores resultados em 8 deles, sendo que o SVR-RFE foi significativamente superior dentre os algoritmos de seleção. A aplicação dos métodos deseleção de variáveis propostos na presente dissertação possibilitou a realização de classificações e regressões mais robustas, bem como a redução do número de variáveis retidas nos modelos. / The use of analytical techniques in product classification or chemical properties estimation has been of great interest in both industry and academy. The employment of spectroscopy techniques, or through elemental analysis, provides a great amount of information about the samples being analyzed. However, the large number of features (e.g.: wavelengths or chemical elements) included in the models may jeopardize the accuracy, urging the employment of feature selection techniques to identify the most relevant features, producing more robust models. This dissertation presents feature selection methods focused on analytical chemistry, aiming at product classification and chemical property estimation (regression). For that matter, the first proposed method aims at identifying the most relevant wavelength intervals for fuel classification based on the distance between the average spectra of the two classes being analyzed. The identified intervals are then used as input for classifiers. When applied to two spectroscopy datasets, the proposed framework reduced the number of features to just 23.19% and 4.95% of the original ones, also reducing the misclassification error to 4.71% and 1.21%. Next, a method for identifying the most important elements for wine classification is presented, which is based on the parameters from linear discriminant analysis and aims at classifying wine samples produced in four south American countries. The method achieved average accuracy of 99.9% retaining average 8.82 chemical elements; the best accuracy using all 45 available chemical elements was 91.2%. Finally, the use of the support vector regression – recursive feature elimination (SVR-RFE) algorithm is proposed to identify the most relevant wavelengths for support vector regression. The proposed framework was applied to 12 datasets with other feature selection approaches and regression algorithms. SVR and SVR-RFE achieved the best results in 8 out of 12 datasets; SVR-RFE when compared to other feature selection algorithms proved have significantly better performance. The employment of the proposed feature selection methodsin this dissertation yield more robust classifiers and regression models, also reducing the number of features needed to produce accurate results.

O presente trabalho visa analisar, a partir da perspectiva do uso final de energia, os resultados do indicador de eficiência criado para averiguar o desempenho de equipamentos usados em obras de construção civil de grande porte. Dentro do setor apreciado, optou-se por analisar energeticamente apenas a fase de construção per si em razão desta etapa ser uma fase de intenso consumo energético. O presente trabalho contou com uma compilação de dados baseados no consumo de 26.121 equipamentos em operação, em 84 obras de construção de grande porte. A partir do banco de dados inicial realizou-se a análise dos dados dos equipamentos monitorados via satélite e com informações de eficiência. Por fim, estimou-se, especificamente, a variação da eficiência nos equipamentos em questão. Na busca de resultados, foi possível constatar uma predominância no consumo de óleo diesel quando comparado a outros insumos energéticos. Geradores, guindastes, compressores e caminhões foram os itens que apresentaram maiores índices de eficiência, com 99,0%, 93,5%, 93,2% e 92,3%, respectivamente. Esses resultados mostram que a maior parte destes equipamentos operam próximo ao ótimo do consumo por hora registrado no projeto. / The present work aims to analyze, from the perspective of the end use of energy, the results of the efficiency indicator created in order to investigate the performance of a group of equipment widely used in large construction projects in Brazil. The analyze comprehends only construction period itself due this step is to consider a phase of intense energy consumption. This work included a database related to the fuel consumption of 26,121 equipment during their operation, at 84 work sites in the large construction projects. From the database described, we performed data analysis of satellite equipment monitored and with efficiency information. Finally, it was estimated the variation of efficiency of the equipment in question. The results show a predominance of diesel consumption when compared to other fuels inputs. Considering our methodology, generators, cranes, compressors and trucks were the items that had higher levels of efficiency, with 99.0%, 93.5%, 93.2% and 92.3%, respectively. These results show that most of these devices operate close to the optimal consumption per hour recorded in the project.

O IPEN-CNEN/SP produz o combustível para suprir o seu reator nuclear de pesquisas IEA-R1. O combustível é montado a partir de placas combustíveis contendo um núcleo do compósito U3Si2-Al. Uma boa homogeneidade na distribuição de urânio no núcleo da placa combustível é essencial, pois garante um bom desempenho sob irradiação. Considerando a baixa potência do reator IEA-R1, atualmente, a distribuição de urânio na placa combustível é avaliada apenas por meio de inspeção visual de radiografias. Contudo, tendo em vista a possibilidade do IPEN fabricar o combustível para o novo Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), que terá potência elevada, tornou-se inadiável o desenvolvimento de uma metodologia para determinar quantitativamente a homogeneidade da distribuição de urânio no combustível. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na atenuação de raios X para quantificar a distribuição da concentração de urânio no núcleo da placa combustível, por meio da análise da densidade óptica de radiografias e comparação com padrões. Os resultados demonstraram a não aplicabilidade do método, considerando a especificação atual para as placas combustíveis, devido ao alto valor do erro intrínseco ao método. Contudo, o estudo dos erros envolvidos na metodologia, buscando aumentar a sua exatidão e precisão, pode viabilizar a aplicação do método para qualificar o produto final. / IPEN/CNEN-SP produces the fuel to supply its nuclear research reactor IEA-R1. The fuel is assembled with fuel plates containing an U3Si2-Al composite meat. A good homogeneity in the uranium distribution inside the fuel plate meat is important from the standpoint of irradiation performance. Considering the lower power of reactor IEA-R1, the uranium distribution in the fuel plate has been evaluated only by visual inspection of radiographs. However, with the possibility of IPEN to manufacture the fuel for the new Brazilian Multipurpose Reactor (RMB), with higher power, it urges to develop a methodology to determine quantitatively the uranium distribution into the fuel. This paper presents a methodology based on X-ray attenuation, in order to quantify the uranium concentration distribution in the meat of the fuel plate by using optical densities in radiographs and comparison with standards. The results demonstrated the inapplicability of the method, considering the current specification for the fuel plates due to the high intrinsic error to the method. However, the study of the errors involved in the methodology, seeking to increase their accuracy and precision, can enable the application of the method to qualify the final product.

Adsorption is a retention mechanism of fluid molecules on solid surfaces and presents a wide range of applications, such as refrigeration, separation processes and fuel storage. This work describes the modelling of gas adsorption on porous media and presents an optimisation approach for the design of adsorption systems based on topology optimisation. A comprehensive formulation for the adsorption and desorption phenomena is presented, detailing the derivation of their weak forms and assembling the matrices for the implementation of the Finite Element Method (FEM). The sensitivities of objective functions to topology optimisation design variables are obtained by the adjoint method, which is presented in detail. The numerical implementation is aided by FEniCS and Dolfin Adjoint packages, resulting in a generic software for the optimisation of adsorption systems. The method is applied for the design of Adsorbed Natural Gas (ANG) tanks for on-demand consumption. Optimised tank layouts are proposed and compared with standard tanks, presenting improvement of the design objectives. / Adsorção é um mecanismo de retenção de moléculas de um fluido em superfícies sólidas e apresenta um vasto campo de aplicações, como em refrigeração, processos de separação e armazenamento de combustível. Este trabalho descreve o modelo de adsorção de gás em meios porosos e define uma abordagem de otimização de sistemas de adsorção baseada no Método de Otimização Topológica (MOT). Uma formulação abrangente para os fenômenos de adsorção e dessorção é apresentada, detalhando a dedução de seus formas fracas e montagem das matrizes para a implementação do Método dos Elementos Finitos (MEF). As sensibilidades das funções-objetivo em relação às variáveis de projeto são obtidas pelo método adjunto, que também é apresentado em detalhe. A implementação numérica é auxiliada pelos pacotes FEniCS e Dolfin Adjoint, originando uma ferramenta genérica para a otimização de sistemas de adsorção. Este método é aplicado ao projeto de tanques de Gás Natural Adsorvido (GNA) visando transporte, armazenamento e consumo. Tanques otimizados são propostos e comparados com tanques tradicionais, apresentando melhora dos objetivos de projeto.