ARAÚJO, W. C. Análise do efeito do escoamento recíproco em queimador poroso volumétrico. 2016. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-25T11:39:50Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-03T16:14:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T16:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) Previous issue date: 2016-09-23 / This dissertation consists of a theoretical-experimental study, based on the fundamentals of Combustion in Porous Media technology, about the effect of reciprocal flow on the performance of a volumetric burner when compared in the unidirectional flow condition. This technology has attracted attention of combustion experts as to its application in renewable energy in the academic and business areas due to the possibility of burning low calorific fuels, associated with increased flammability range of air-fuel mixture, obtaining very low greenhouse gas emissions. In this study, it was used an experimental apparatus composed of a porous burner consisting of alumina spheres (Al2O3), a reversing the flow of gases system, a monitoring system and a data acquisition system and a analysis system of NOx and CO. The experiments were conducted in a wide equivalence ratio range (0,1 ≤ Φ ≥0,9) and gas flow velocity (0,1≤ vg ≥0,3) . From experimental data on temperature profiles, emissions and efficiency and, through the classical concepts of excess enthalpy and theoretical models for calculating temperature and emissions, a comparative analysis for both operating conditions of the porous burner was performed (unidirectional and reciprocal flow). The results showed that the use of the reciprocal flow increases the amount of recirculated heat to the cool mixture in relation to unidirectional flow condition enabling to obtain a higher reaction rate, energy extraction efficiency above 90% and ultra-low emissions of CO and NOx, 0,5 e 1 ppm, respectively. Furthermore, the heat recirculation becomes crucial for the process in ultra-low equivalence ratios (Φ ≤ 0,4) where the effect of excess enthalpy in the reaction zone may be better characterized. As a result of this larger recirculated heat, it happens a length of the fuel flammability limits, making the application of reciprocal flow markedly advantageous in this equivalence ratio range. Finally, the elements used in this research as tools for the interpretation of CMP phenomena, both the experimental apparatus and the analytical and numerical models, and the GASEQ software to calculate the chemical equilibrium, were shown to allow an analysis of the processes and of the concept of excess enthalpy with a certain consistency. / Esta dissertação consiste de um estudo teórico-experimental, com base nos fundamentos da tecnologia da Combustão em Meios Porosos (CMP), a respeito do efeito do escoamento recíproco sobre o desempenho de um queimador volumétrico, quando comparado com a condição de escoamento unidirecional. Essa tecnologia tem despertado atenção de especialistas em combustão quanto à sua aplicação em energias renováveis, nos âmbitos acadêmico e empresarial, devido à possibilidade de queima de combustíveis de baixo poder calorífico, associada ao aumento da faixa de inflamabilidade da mistura ar-combustível, obtendo baixíssimas emissões de gases poluentes. Nessa pesquisa foi utilizado um aparato experimental composto por um queimador poroso constituído de esferas de alumina (Al2O3), um sistema de reversão do escoamento dos gases, um sistema de monitoramento e aquisição de dados e um sistema para análise de NOx e CO. Os experimentos foram realizados em uma ampla faixa de razão de equivalência (0,1 ≤ Φ ≥ 0,9) e velocidade de escoamento dos gases (0,1≤ vg ≥0,3). A partir de dados experimentais sobre perfis de temperatura, emissões e eficiência e, através dos conceitos clássicos sobre excesso de entalpia e modelos teóricos para cálculo de temperatura e emissões, foi realizada uma análise comparativa entre as condições de operação do queimador poroso (escoamento unidirecional e recíproco). Os resultados mostraram que a utilização do escoamento recíproco aumenta a quantidade de calor recirculado para a mistura fresca em relação à condição de escoamento unidirecional, propiciando consequentemente a obtenção de uma taxa de reação mais elevada, eficiência de extração de energia acima de 90% e emissões ultrabaixas de CO e NOx, 0,5 e 1 ppm, respectivamente. Além disso, a recirculação de calor torna-se fundamental para o processo em razões de equivalências ultra baixas (Φ ≤ 0,4), onde o efeito do excesso de entalpia na zona de reação pode ser melhor caracterizado. Como resultado desse maior calor recirculado, ocorre a extensão dos limites de inflamabilidade do combustível, tornando a aplicação do fluxo recíproco acentuadamente mais vantajosa nessa faixa de razão de equivalência. Por fim, os elementos utilizados nesta pesquisa como ferramentas de metodologia de interpretação dos fenômenos da CMP, tanto o aparato experimental como os modelos analítico e numérico e o software GASEQ para cálculo do equilíbrio químico, mostraram-se apropriados para permitir uma analise dos processos e do conceito de excesso de entalpia com certa consistência.

A potência em um motor de combustão interna depende, dentre outros parâmetros, da proporção da reação da mistura oxidante/combustível. Esses reagentes são oriundos de hidrocarbonetos e do oxigênio disponível no ar atmosférico. Para cada tipo de combustível utilizado, a mistura apresenta diferentes curvas de desempenho do motor, cuja máxima potência disponibilizada está diretamente relacionada ao valor e à posição da pressão desenvolvida no cilindro em cada ciclo. A posição da máxima pressão deve ser ajustada na melhor condição de aproveitamento do mecanismo biela/manivela a partir da variação do ponto de ignição. O valor da pressão varia, fundamentalmente, com a eficiência de conversão de combustível, com a variação do número de mols proveniente da combustão, com a entalpia de vaporização, com a temperatura de funcionamento do motor, e com a relação entre o carbono, o hidrogênio e o oxigênio existente na molécula. Com a finalidade de verificar o ponto de máxima potência desenvolvida no motor em relação à mistura ar/combustível, foram levantadas curvas de potência para cinco combustíveis, quais sejam: gasolina montadora e condensado, etanol (álcool hidratado 98%), tolueno e mtbe. O fator que estabelece a proporção da mistura ar/combustível real na combustão com a mistura quimicamente balanceada (estequiométrica) é designado por λ. Utilizou-se valores de λ >1, caracterizando a mistura pobre, até os valores de λ <1, os quais permitem o funcionamento do motor em condição de mistura rica. Os experimentos foram realizados em um motor ciclo Otto quatro cilindros, montado em um dinamômetro elétrico e monitorado por uma injeção eletrônica programável. O objetivo deste trabalho foi o de estudar, a partir de dados experimentais, a influência de λ na potência efetiva do motor. Os valores de λ de maior potência obtidos ficaram entre 0,85 e 0,90 podendo servir de parâmetro para o mapeamento da injeção de combustível na condição de aceleração do veículo quando se fizer necessário imprimir a máxima potência. A aquisição de tais valores pode auxiliar ainda no desenvolvimento de novas misturas de combustíveis, em que se procura maior desempenho do motor para competições automobilísticas. / The power developed in an internal combustion engine depends, amongst other parameters, on the ratio oxidizer/combustible. These reagents are deriving of hydrocarbons and atmospheric air. For each type of used fuel, the mixture presents different types of performance curves for the same engine, whose maximum available power is directly related to the value and the crank position of the maximum pressure developed in the cylinder, in each cycle. The crank position of the maximum pressure must be rightly placed, with ignition timing changes, in order to get the best exploitation of the rod/crankshaft mechanism. The value of the pressure varies, basically, with the fuel conversion efficiency, with the mole number variation due to combustion, with the enthalpy of formation, the engine’s operating temperature and with the relation between carbon, hydrogen and the existing oxygen in the fuel’s molecule. With the purpose of verifying the point of highest engine power with relation to the air/fuel ratio, curves of power for five different fuels had been raised. These fuels are: condensed gasoline, OEM gasoline, ethanol, toluen and mtbe. The factor that establishes the air/fuel ratio with the stoichiometric mixture is assigned by λ . Values of λ > 1 characterize lean mixture until the values of λ <1 characterize a rich mixture condition. The experiments had been carried with a four cylinders Otto cycle engine, with programmable electronic fuel injection and ignition control, assembled in an eddy current dynamometer. The objective of this work was to verify, from experimental data, the influence of λ in the engine’s output. The λ values for highest power lie between 0.85 and 0.91, being able to act as an input for tuning the fuel injection system for getting better throttle response and maximum power. The acquisition of such values can still assist in new fuel mixtures development, where increase in power and torque are expected.

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334759.pdf: 9176122 bytes, checksum: 3cdeb518e3c806bbf43e8bc028fcd139 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho aborda os problemas de modelagem, simulação, projeto e implementação de uma estratégia de controle para um motor a combustão interna (MCI) do ciclo Otto, onde os objetivos de controle são manter a operação em regiões mais eficientes e reduzir o consumo de combustível, indo de encontro aos objetivos de eficiência energética de um veículo híbrido série em desenvolvimento. A estratégia de controle adotada para o MCI é baseada em modos deslizantes e foi motivada pelos bons resultados apresentados em um artigo da literatura recente, que com ações complementares sobre o ponto de ignição e injeção de combustível, aliado à operação com mistura pobre, garante tanto a robustez desejada para o controle da rotação quanto redução no consumo de combustível. Para o projeto do controlador, um modelo de valores médios foi ajustado para descrever as dinâmicas do MCI em estudo, sendo que a estimação dos parâmetros e a validação do modelo bem como o projeto do controlador se deram por simulações no ambiente Matlab/Simulink®. O controlador foi validado em um MCI de baixa cilindrada que foi completamente instrumentado e gerenciado por uma central eletrônica de código aberto, que pela possibilidade de alterações em hardware e software facilitou a realização dos testes necessários e a implementação do controlador. Os resultados experimentais foram satisfatórios e os objetivos de controle foram alcançados, demonstrando a viabilidade e o bom desempenho do controlador implementado, ambos requisitos de grande interesse para a aplicação em que o MCI está inserido.<br> / Abstract : This thesis presents the problems of modeling, simulation, design and experimental validation of a control strategy for a spark-ignition internal combustion engine, where the control objectives are to maintain the engine speed at a desired value and to consume the minimum mass of fuel that allows the former objective to be met, in line with the energy efficiency objectives of a series hybrid powertrain in development. The control strategy for the engine is based on sliding modes and was motivated by the good results of an article from recent literature, in which the complementary operation mode on the spark advance and fuel injection, with adequate lean burn conditions, ensures both engine speed at its desired value and reduction in the fuel consumption. For the controller design, a mean value model was fitted to describe the engine dynamics, where the parameter estimation and the model validation as well as the controller design have been made by simulations on the Matlab/Simulink® environment. The controller was validated in a small engine, fully instrumented and controlled by an open source fuel injection, where the experimental procedures and the controller implementation was facilitated by possibility of hardware and software modifications. Experimental results were very expressive and the controller successfully fulfilled the two control objectives, showing the feasibility and the good performance of the proposed strategy, both requirements of high interest for the application in which the engine is inserted.

MATOSO, F. S. Predição das propriedades físico-químicas do éster etílico do óleo de mamona (EEOM). 2013. 56 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-05T12:09:44Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_fsmatoso.pdf: 1515295 bytes, checksum: 6d204f2211684236ef1220be129b7e06 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-24T11:27:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_fsmatoso.pdf: 1515295 bytes, checksum: 6d204f2211684236ef1220be129b7e06 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T11:27:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_fsmatoso.pdf: 1515295 bytes, checksum: 6d204f2211684236ef1220be129b7e06 (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / The physicochemical properties of the Ethyl Ester of Castor Oil (EECO) were estimated from theoretical models and experimental analysis. As it is not a comercial fuel, the EECO has been manufactured by a special fabrication process denominated (Transesterification Double Step Process) TDPS. Through the group contribution method, critical properties and normal boiling point were estimated. Using the values of the critical properties and mathematical correlations, were surface tension, enthalpy vaporization, vapor pressure, thermal conductivity, viscosity and density estimated. The experimental analysis of EEOM was conducted using techniques traditionally associated with research of density and viscosity of fuel. In the experimental analysis of viscosity it was used a Ford cup viscometer. As an alternative to alleviate the values of viscosity and density of the fuel EECO in ultimate use, as well as analyzed mixtures EECO, ethanol and diesel trade in various volume fractions, estimating the values that can meet the Brazilian and European standards. The results of the physical and chemical properties will serve as a basis for computer simulation routines applied to the study of emissions and formation of jet fuel for EECO. / As propriedades físico-químicas do Éster Etílico do Óleo de Mamona (EEOM) foram estimadas a partir de modelos teóricos e análises experimentais. Por não ser um combustível comercial, o EEOM foi manufaturado por meio de um processo de fabricação denominado (Transesterification Double Step Process) TDPS. Através do método de contribuição de grupos, as propriedades críticas e o ponto de ebulição normal foram estimados. Utilizando os valores das propriedades críticas e correlações matemáticas, estimaram-se a tensão superficial, a entalpia de vaporização, a pressão de vapor, a condutividade térmica, a viscosidade e a densidade. A análise experimental do EEOM foi conduzida utilizando técnicas tradicionalmente associadas à pesquisa de densidade e viscosidade de combustíveis. Na análise experimental de viscosidade utilizou-se um viscosímetro copo Ford. Também foram analisadas experimentalmente as misturas ternárias do EEOM, etanol e diesel comercial em diversas frações volumétricas. A análise das misturas ternárias vem como uma alternativa para amenizar os valores de viscosidade e densidade do EEOM no combustível de uso final, estimando os valores de frações volumétricas que podem atender as normas brasileiras e europeias. Os resultados das propriedades físico-químicas servirão como base para rotinas computacionais de simulação aplicadas ao estudo de emissões de poluentes e formação do jato combustível para o EEOM.

FERREIRA, P. G. Efeitos do dióxido de carbono do biogás na combustão de filtração. 2015. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-02T11:54:54Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_pgferreira.pdf: 3922116 bytes, checksum: 80ab77127c95cd110f9efedde90ae109 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T16:08:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_pgferreira.pdf: 3922116 bytes, checksum: 80ab77127c95cd110f9efedde90ae109 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T16:08:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_pgferreira.pdf: 3922116 bytes, checksum: 80ab77127c95cd110f9efedde90ae109 (MD5) Previous issue date: 2015-05-27 / The use of biogas, with high concentrations of carbon dioxide (CO2) in its composition, in thermal systems of conventional combustion can result in combustion instabilities, leading to a decrease of the flame front propagation velocity, resulting even to the flame extinction. In addition, this contaminant can increase greenhouse gas levels in the exhaust, such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC), nitrogen oxides (NOx) among others. Thus, this research aims to demonstrate the effectiveness of "Filtration Combustion" (FC) to deal with fuels of low heat content, such as biogas. CF is a non-conventional technology capable of producing ultra-low emissions of CO, HC and NOx. The experimental apparatus used in this research consists of a porous burner constituted of ceramic spheres (alumina) that fill the combustion chamber, where heat exchangers are inserted at the porous matrix ends. The FC allows even the application of a reciprocating gas flow system, which periodically switches the direction of the gas flow in the chamber. The reciprocal filtration combustion allows the operation with several fuels and providing a stable combustion process with temperature distribution on trapezoidal profile, with temperature peaks between 1300 and 1600 K. In this context, the present experimental study tries to identify and to analyze the effects of carbon dioxide in FC, which covers energy extraction efficiency, emissions, reaction stability, and flammability limits using several air-fuel mixtures, altering both the CO2 concentration in the biogas composition as the equivalence ratio (ER), in which the technical methane is taken as the reference gas. The results have pointed out significant benefits of the reversal on the combustion process, allowing operation in a wide equivalence ratio range (0.1 <Ф <1.0), and achieving energy extraction efficiencies above 90%, with ultra-low CO and NOx emissions (below 1 ppm). However, when the burner operates on only flow direction, it is possible to realize a drastic reduction of the flammability limit, as the CO2 content in the biogas composition is increased. / A utilização do biogás, com elevadas concentrações de dióxido de carbono (CO2) em sua composição, em sistemas térmicos de combustão convencionais pode resultar em instabilidades na reação, levando a uma diminuição da velocidade de propagação da frente de chama (onda de combustão), ocasionando inclusive a sua extinção. Além disso, este contaminante pode aumentar os índices de gases poluentes na exaustão, tais como: monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), dentre outros. Por esta razão, esta pesquisa tem como objetivo demonstrar a eficácia da "Combustão de Filtração" (CF) em lidar com os combustíveis de baixo poder calorífico, como o biogás. CF é uma tecnologia não-convencional capaz de produzir emissões ultrabaixas de CO, HC e NOx. O aparato experimental empregado nessa pesquisa consistiu de um queimador poroso, constituído de esferas cerâmicas (alumina) que preenchem a câmara de combustão, onde trocadores de calor estão inseridos nas extremidades dessa matriz porosa. A CF possibilitou, inclusive, a aplicação de um sistema de escoamento recíproco, que alternou periodicamente a direção do escoamento dos gases na câmara. A combustão de filtração recíproca permitiu a operação com diversos combustíveis e proporciona um processo de combustão estável com a distribuição de temperatura em perfil trapezoidal, com picos de temperatura entre 1300 e 1600 K. Neste contexto, o presente estudo experimental buscou identificar e analisar os efeitos do dióxido de carbono na CF, o que engloba eficiência de extração de energia, emissões, estabilidade da reação, e limites de inflamabilidade, utilizando várias misturas ar-combustível, alterando tanto a concentração de CO2 na composição do biogás como a razão de equivalência (RE), tendo como gás de referência o metano técnico. Os resultados apontaram benefícios significativos da reversão sobre o processo de combustão, permitindo a operação em uma ampla faixa de razão de equivalência (0,1<Ф<1,0), e alcançando uma eficiência de extração de energia acima de 90%, com emissões ultrabaixas de CO e NOx (abaixo de 1 ppm). Em contrapartida, quando o queimador operou em apenas um sentido do escoamento, foi possível perceber uma redução no limite de inflamabilidade à medida que foi incrementado o teor de CO2 na composição do biogás

CAMELO, A. R. S. C. Combustão do biogás e do natural com elevadas concentrações de H2S e CO2 em caldeira de queimador poroso. 2012. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-09-12T12:55:50Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_arscamelo.pdf: 4740689 bytes, checksum: bf08f66b8546f2a95a020d8996bc79bb (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-09-14T14:03:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_arscamelo.pdf: 4740689 bytes, checksum: bf08f66b8546f2a95a020d8996bc79bb (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-14T14:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_arscamelo.pdf: 4740689 bytes, checksum: bf08f66b8546f2a95a020d8996bc79bb (MD5) Previous issue date: 2012 / The use of biogas and natural gas (GN) with high concentrations of carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) through conventional combustion thermal systems can result in reaction instability or flame front quenching, under risk of irreversible damages to the physical structure of a piece of equipments, due to corrosive acids remaining from reaction. Furthermore, high concentrations of these contaminants favor the occurrence of high pollutant levels in the products, like carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbon (HC), among others. Therefore, an experimental study was performed with basis on the application of a non conventional combustion technology, Filtration Combustion, in order to deal with these low-quality fuels. The experimental apparatus employed in this research consists of a reciprocal flow porous boiler, in which its burner is completely filled by ceramic spheres of alumina (Al2O3), forming an inert porous matrix, which involves boiler’s heat exchangers. The burning process of both the fuels was investigated under extreme operation conditions, in terms of ultra-lean fuel-air mixtures. As support for interpretation of the process phenomena, a numerical simulation model was applied, which takes in account the methane oxidation mechanism in a porous medium, adapted to identify the chemical effects of a high CO2-concentration on the reaction. The influence of the main operation parameters, equivalence ratio and gas flow velocity, on combustion products and on reaction stability was studied theoretically and experimentally. The results have shown excellent boiler operation stability with ultra-low emissions of NOx and CO, less than 1 ppm for equivalence ratios inferior to 0.6, and with the H2S-burning efficiency overcoming 99%. / O aproveitamento do biogás e do gás natural (GN) com elevadas concentrações de dióxido de carbono (CO2) e de sulfeto de hidrogênio (H2S), através de sistemas térmicos de combustão convencionais, pode resultar em instabilidade de reação ou, até, apagamento da frente de chama, sob risco de avarias irreversíveis para estrutura física dos equipamentos, devido aos ácidos corrosivos decorrentes da reação. Ainda, altas concentrações desses contaminantes favorecem a ocorrência de elevados índices de gases poluentes nos produtos, a exemplo de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados (HC), dentre outros. Por essa razão, um estudo experimental foi realizado com base na aplicação de uma tecnologia de combustão não-convencional, a Combustão de Filtração, a fim de lidar com esses combustíveis de baixa qualidade. O aparato experimental empregado nessa pesquisa consiste de uma caldeira porosa de escoamento recíproco, em que seu queimador é preenchido completamente por esferas cerâmicas de alumina (Al2O3), formando uma matriz porosa inerte, que envolve os trocadores de calor da caldeira. O processo de queima de ambos os combustíveis foi investigado sob condições extremas de operação, em termos de misturas ar-combustível ultra-pobres. Como suporte para interpretação dos fenômenos do processo, foi aplicado um modelo numérico de simulação, que considera o mecanismo de oxidação do metano em um meio poroso, adaptado para identificar os efeitos químicos de uma alta concentração de CO2 sobre a reação. A influência dos principais parâmetros de operação, razão de equivalência e velocidade da mistura ar-combustível, sob os produtos de combustão e sob a instabilidade de reação foi estudada teórica e experimentalmente. Os resultados mostram excelente estabilidade operacional da caldeira com emissões ultra-baixas de CO e NOx, inferiores a 1 ppm para razões de equivalência menores que 0,6, e com eficiência de queima do H2S de mais de 99%.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346629.pdf: 6477757 bytes, checksum: 279b986787ad69d2a71666417fcea300 (MD5) Previous issue date: 2016 / O agravamento das questões ambientais coloca em evidência a parcela de contribuição dos veículos automotores nas emissões de gases poluentes na atmosfera. Limites de emissões cada vez mais restritivos pressionam por tecnologias de veículos elétricos ou híbridos. O aumento da eficiência do motor de combustão interna também é um caminho viável para redução das emissões. Entre outras alternativas, o sistema Stop-Start, que permite a funcionalidade de paradas e partidas automáticas do motor de combustão interna, é uma das tecnologias que promove maior eficiência do motor de combustão interna. Entretanto, para que seja amplamente adotado nos veículos atuais, é necessário rever o conceito do sistema de partida atual. A hipótese da pesquisa é que existe uma lacuna no âmbito dos sistemas de partida para motores de combustão interna que previne a ampla adoção da tecnologia Stop-Start nos veículos atuais. O objetivo do trabalho é o desenvolvimento de um novo conceito de interface mecânica para sistemas de partida de motores de combustão interna. A pesquisa adota metodologia clássica de desenvolvimento de novos produtos, direcionada à atividade inovadora, sendo estruturada em quatro fases. Na fase de Projeto Informacional uma revisão bibliográfica detalhada visa o entendimento dos entraves para a evolução da interface mecânica convencional. Na fase de Projeto Conceitual, esforço de abstração do sistema interface mecânica e ferramentas de auxílio baseadas na metodologia proposta visam estimular a criatividade e culminam com um esboço do novo conceito. No Projeto Preliminar, a modelagem dinâmica permite superar desafios técnicos para a funcionalidade adequada do novo sistema proposto. Na fase de Projeto Detalhado um protótipo físico é construído e realizam-se os primeiros testes experimentais, os quais atestam a funcionalidade e o potencial da nova interface. A conclusão da pesquisa confirma a lacuna existente e ratifica o potencial de evoluir a tecnologia atual. Além disso, a pesquisa evidencia que, extrapolando-se o resultado obtido para qualquer outro projeto, que o domínio de uma metodologia adequada não inibe a criatividade, pelo contrário, estimula o desenvolvimento de produtos inovadores.<br> / Abstract : Increasingly environmental issues highlight the contribution of automotive vehicles in the emissions of greenhouse gases in the atmosphere. Limits of increasingly stringent emission are pushing for technologies of electric or hybrid vehicles. New technologies developed for increased internal combustion engine efficiency are also a viable way to reduce emissions. Among other alternatives, the Stop-Start system that allows the functionality of automatic stops and starts of the internal combustion engine is a technology that promotes increased efficiency of the internal combustion engine. However, to be widely adopted in today?s vehicles, it is necessary an evolution of the State of the art in starting systems for internal combustion engines. The hypothesis of the research is that there is a gap under the starting systems for internal combustion engines that prevent widespread adoption of Stop-Start technology. The objective is to develop a new concept of mechanical interface for starting systems of internal combustion engines. The research adopts a classical methodology of development of new products divided into four phases, directed to innovative activities. First, the Clarification of the Task phase starts with a detailed literature review is aimed at understanding the barriers to the evolution of conventional mechanical interfaces. At Conceptual Design phase, abstraction efforts are carried in terms of mechanical interfaces along with supporting tools based on the proposed methodology aims to stimulate creativity and culminate with a new concept sketch, which is critically evaluated and approved. In the Preliminary Design phase, application of lumped parameter dynamic models overcome some design challenges for proper functionality of the proposed new system. During Detailed Design phase, fabrication of a physical prototype and experimental tests confirms functionality and potential of the new mechanical interface design. Conclusions of the research confirm the gap and defines a potential to evolve State of the art technologies in the field of starting systems for internal combustion engines. Furthermore, the research results indicates, extrapolating to any other project, that the adequate application of systematic design methodology does not inhibit creativity, by contrast, encourages the development of innovative products.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-01-29T21:11:50Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado _PEI_Márcio Carvalho.pdf: 4458922 bytes, checksum: bf37567eabff31b863b7a2c9e5635052 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-03-17T17:51:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado _PEI_Márcio Carvalho.pdf: 4458922 bytes, checksum: bf37567eabff31b863b7a2c9e5635052 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T17:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado _PEI_Márcio Carvalho.pdf: 4458922 bytes, checksum: bf37567eabff31b863b7a2c9e5635052 (MD5) / Este trabalho apresenta uma avaliação de um motor de combustão interna ciclo Otto, 1,4 L de volume e potência máxima de 77,2 kW, utilizando diferentes tipos de combustíveis. São abordadas características importantes dos combustíveis utilizados em motores de combustão interna, as emissões veiculares e fatores de projeto que influenciam no desempenho, eficiência e emissões do motor. O trabalho faz uma abordagem de conceitos da termodinâmica como entropia, irreversibilidades, exergia (que é o máximo trabalho obtido da energia) e a aplicação das Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica em motores de combustão interna. A metodologia do trabalho consistiu de ensaios experimentais realizados em um dinamômetro de bancada, onde foram comparados os resultados de desempenho (torque e potência), consumo de combustível, eficiências e emissões entre os combustíveis álcool, gasolina, misturas gasolina/álcool e gás natural veicular (GNV). Em relação aos resultados de desempenho, o combustível que proporcionou os maiores valores de torque e potência ao motor foi o álcool etílico anidro combustível (AEAC). Nas misturas com a gasolina, houve também aumento dos resultados de desempenho e eficiência conforme se aumentava o percentual de AEAC. Comparando os resultados dos combustíveis líquidos com o combustível gasoso, foi observado que o GNV apresentou a maior eficiência entre todos os combustíveis do comparativo, embora em relação ao desempenho, os valores apresentados pelo GNV tenham sido significativamente inferiores aos demais combustíveis líquidos. De uma maneira geral, esse trabalho destacou o álcool combustível, tanto pelos bons resultados de desempenho e eficiência, como do ponto de vista ambiental por ser provindo da biomassa, sendo sua fonte de origem considerada renovável e parte das emissões de CO2 capturadas nos vegetais que dão origem ao combustível.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_5423_Dissertação_Marco_Aurelio_B_Zanoni_05_03_2012.pdf: 18602750 bytes, checksum: 72079deefb882e9a0b68fad2493b88dc (MD5) Previous issue date: 2012-03-05 / Tecnologias avançadas para a geração de energia usando combustíveis não convencionais xisto betuminoso e seu semi-coque, areias betuminosas, petróleo extra-pesado e biomassa proveniente de resíduos sólidos urbanos e de lodo de esgoto - têm em comum processos termoquímicos compostos de complexas reações químicas. Este trabalho trata da formulação e otimização de mecanismos químicos normalmente envolvidos na pirólise do xisto betuminoso e na combustão do xisto betuminoso e seu semi-coque. Problemas inversos (usando o algoritmo de Levenberg-Marquardt) foram empregados para minimizar o erro entre os valores estimados e os dados de termogravimétria para os mecanismos de reação de 3 passos para a pirólise do xisto betuminos, e mecanismos de 4 e 3 passos para o xisto betuminoso e seu semi-coque, respectivamente. Os parâmetros cinéticos, tais como ordem de reação, fator pré-exponencial, energia de ativação e os coeficientes estequiométricos que afetam a secagem, as reações de oxidação, pirólise e descarbonatação foram estimadas com sucesso. Além disso, os erros estatísticos e residuais foram avaliados, resultando em um valor razoável para todas as estimativas e o mecanismo cinético proposto e estimado para a combustão do semi-coque foi aplicado em um código em meios porosos. Um estudo paramétrico entre o perfil de temperatura e a velocidade do ar, e o perfil de temperatura e a concentração de carbono fixo foi desenvolvido. Este estudo mostra que o perfil de temperatura é extremamente influenciado por estes parâmetros, confirmando que a propagação da frente é controlada pela injeção de O2. Palavras-chave: Xisto Betuminoso, Semi-Coque, Pirólise, Combustão, Estimação de Parâmetros, Problemas Inversos, Levenberg-Marquardt, Meios Porosos.