Submitted by Paulo Silva (p.esteves06@gmail.com) on 2018-10-03T15:39:40Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Paulo Esteves - Versão final corrigida.pdf: 7722568 bytes, checksum: 6a50645639458024d5397cd5bdc9fa38 (MD5) / Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2018-10-05T10:51:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Paulo Esteves - Versão final corrigida.pdf: 7722568 bytes, checksum: 6a50645639458024d5397cd5bdc9fa38 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T10:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Paulo Esteves - Versão final corrigida.pdf: 7722568 bytes, checksum: 6a50645639458024d5397cd5bdc9fa38 (MD5) / FAPESB / Com a busca da eficiência energética nos veículos automotivos, levando-se em conta a necessidade de minimizar o impacto ambiental decorrente do uso desses veículos, os recentes esforços para melhorar os sistemas de controle da queima do combustível tornaram-se uma estratégia de destaque no mercado automotivo. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de modelos para realização da predição da proporção de etanol presente em uma mistura de combustíveis utilizada em um veículo flex equipado com um motor de três cilindros. Os modelos são desenvolvidos com a utilização das informações de variáveis provenientes de medições realizadas pelo sistema de controle de um motor de três cilindros e por um acelerômetro tridimensional acoplado ao motor. É descrita a metodologia experimental aplicada para a aquisição dos sinais provenientes da operação de um motor de três cilindros, instalado em um veículo de passeio. Os sinais adquiridos foram tratados e utilizados em modelos baseados em estruturas de Regressão Linear Múltipla e Redes Neurais Artificiais para a predição da proporção em volume de etanol da mistura de combustíveis utilizada. Os modelos se mostraram eficientes na predição da proporção de etanol no combustível utilizado pelo motor, apresentando uma melhor aproximação entre os valores preditos e os valores reais quando comparados com os dados fornecidos pelo sistema de controle do motor. / With the pursuit of energy efficiency in automotive vehicles, taking into account the need to minimize the environmental impact of the use of these vehicles, recent efforts to improve fuel combustion control systems have become a prominent strategy in the automotive industry. The aim of this work is the development of models for prediction of the proportion of ethanol present in a fuel blend used in a flex vehicle equipped with a three-cylinder engine. The models are developed with the use of the information based on measurements made by the control system of a three-cylinder engine and a threedimensional accelerometer coupled to the engine. The experimental methodology applied for the signal acquisition from the operation of a three-cylinder engine, installed in a passenger vehicle, is described. The acquired signals were treated and used in models based on Multiple Linear Regression and Artificial Neural Networks for the prediction of the ethanol volume ratio on the fuel blend. The models proved to be efficient in predicting the proportion of ethanol in the fuel blend, presenting a better approximation between the predicted values and the actual values when compared with the data provided by the engine control system.

Neste trabalho se desenvolve e se avalia uma metodologia para determinar a duração de combustão de alguns combustíveis em um motor padrão à combustão interna (ASTM-CFR - Cooperative Fuel Research), tendo-se em conta que a duração da combustão está relacionada com a velocidade de propagação da chama e que a relação de compressão, a condição de mistura ar-combustível e a turbulência na câmara de combustão, entre outros fatores, influenciam a duração da combustão. Assim, quanto maior a velocidade de propagação da chama, menor deverá ser o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura antes do ponto morto superior, aumentando, assim, a eficiência do ciclo. Em cada bateria de testes, utilizou-se um combustível de composição química conhecida para seis relações de ar-combustível e quatro relações de compressão, sendo eles: o Etanol, o Metanol, o Metil Terc Butil Éter (MTBE) e compostos aromáticos como Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos. Determinou-se o tempo de combustão dos combustíveis, em um motor CFR, em função da variação da relação de compressão e razão de mistura ar-combustível. / This work develops and evaluates a methodology to determine combustion duration for several fuels in a standard internal combustion engine (ASTM-CFR - Cooperative Fuel Research). Combustion duration is related to flame speed, compression ratio, air fuel ratio, turbulence inside the combustion chamber and some other factors. Hence, the bigger the flame speed, the smaller the negative work done by the piston to compress the mixture before top dead center, leading to a smaller heat loss during combustion and to a higher efficiency over the whole cycle. In each test batch it was used a fuel with a known chemical structure, for 6 different air fuel ratios and 4 different compression ratios. The fuels used were Ethanol, Methanol, Methyl Tertiary-Butyl Ether (MTBE) and some aromatics such as Toluene, Ethylbenzene and Xylene. The time of combustion of fuels was determined, in an engine CFR, function of the variation of the relation of compression and mixture ratio air-fuel.

Muitas áreas da indústria utilizam substanciais somas de energia térmica, geralmente obtida pela combustão de óleo, gás ou carvão. Na queima destes combustíveis geralmente é utilizado ar como oxidante, que é constituído aproximadamente por 21% de O2 e 79% de N2, em volume. Em muitos casos, os processos de combustão podem ser enriquecidos com o uso de oxidantes que possuem concentrações de oxigênio maior que a existente no ar. Isto é conhecido como combustão enriquecida com oxigênio (OEC) que pode trazer vários benefícios como a redução do consumo de combustíveis, aumento da energia térmica disponível, redução no volume dos gases de combustão, baixo custo de adaptação dos equipamentos existentes, entre outros. Com este cenário, o presente trabalho investiga o uso da combustão enriquecida com oxigênio em uma turbina a gás industriais de um eixo. O equipamento foi modelado termodinamicamente e com a consideração que os gases de combustão formados se encontram em equilíbrio químico. Dessa forma, são estudadas três formas de operação da turbina a gás com o uso do processo de enriquecimento da combustão, que são: 1) vazão de ar de admissão constante, 2) potência líquida constante com rotação fixa e 3) potência líquida constante com rotação variável. Os resultados mostram que pode ser obtido um aumento de até 143% na potência líquida e de 24% no rendimento térmico do ciclo para o caso 1. Entretanto, é necessária uma substancial soma de oxigênio para sustentar o processo. / Many industry areas use large amounts of thermal energy, usually obtained by burning oil, gas or coal. The combustion of these fuels generally used air as an oxidant, which consists of approximately 21% O2 and 79% N2, in volume. In many cases, combustion processes can be enriched with the use of oxidants with higher concentration of oxygen than present in the air. This is known as oxygen-enhanced combustion (OEC), which can provide several benefits such as reduced fuel consumption, increased thermal energy availability, reduction in flue gas volume, low retrofitting cost and others. With this background, this work investigates the use of oxygen-enhanced combustion in heavy duty single-shaft gas turbine. The equipment was thermodynamically modeled and the consideration that the combustion gases are in chemical equilibrium. Thus, three possible ways of implementation of the enrichment process of combustion were studied, which are: 1) constant intake air flow, 2) constant net power with fixed rotation and 3) constant net power with variable speed. The results showed that one can be obtained up to 143% increase in net power and 24% in thermal efficiency of the cycle in case 1. However, it’s necessary a substantial amount of oxygen to sustain the OEC process.

Mecanismos de cinética química detalhada são rotineiramente usados para descrever, a nível molecular, a transformação de reagentes em produtos de combustão, que ocorre através de muitas etapas elementares. Seu uso em modelos computacionais para simular processos de combustão pode gerar informações para melhorar o processo de uso do combustível e o desempenho do processo de combustão, e para quantificar as emissões a partir deste processo. Assim, para descrever um processo de oxidação, o esforço computacional se torna muito grande, exigindo simplificações do mecanismo. O desenvolvimento de mecanismos de cinética química reduzida para processos de combustão visa reduzir a esforço computacional na análise numérica de chamas. Os modelos cinéticos reduzidos podem substituir as equações diferenciais das espécies intermediárias, que são consideradas estarem em estado estacionário, através de relações algébricas. Desta forma, este trabalho desenvolve um método para reduzir a cinética química para a combustão do hidrogênio, monóxido de carbono, e hidrocarbonetos C1- C7, utilizando os pressupostos de estado estacionário. Um mecanismo cinético detalhado do processo de combustão de 439 reações elementares foi estudado e reduzido a mecanismos com, no máximo, 9 passos globais. Comparações de dados experimentais com simulações do perfil de fração de massa de CO2 e H2O, produzidos utilizando o mecanismo cinético reduzido do metano, propano e n-heptano demonstram boa concordância, validando estes mecanismos e, consequentemente, aumentando a confiabilidade dos demais mecanismos estudados. / Detailed chemical kinetic mechanisms are routinely used to describe, at the molecular level, the transformation of reactants to products of combustion, which occurs via many elementary steps. Its use in computer models to simulate combustion processes can generate information to improve the fuel quality and performance of the combustion process, and to quantify the emissions from this process. Thus, to describe a process of oxidation, the computational effort becomes very large, requiring simplifications of the reaction mechanism. The development of reduced kinetic mechanisms for combustion processes aims to reduce the computational effort necessary for the numerical analysis. The reduced models can replace the differential equations of the intermediate species, which are considered to be in steady state, through algebraic relationships. In this way, this work develops a method for reducing the kinetics of combustion for hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbons C1-C7, using assumptions of steady-state. A detailed kinetic mechanism containing 439 elementary reactions was analysed and reduced mechanisms with up to 10 steps were developed. Comparisons between experiment and simulations for the reduced kinetic mechanism of methane and propane, show good agreement, validating these mechanisms, and consequently, increasing the reliability of the others mechanisms studied.

Neste trabalho foram estudadas cinzas de carvão do tipo sílico-aluminosas e sulfatadas. As primeiras são aquelas obtidas normalmente pela queima do carvão acima de 850 °C. As cinzas sulfatadas estudadas são aquelas obtidas pela combustão, a 850 °C, do carvão em presença de calcário o qual retém o enxofre, liberado na combustão, na forma de anidrita (CaSO4). As cinzas sulfatadas foram classificadas de acordo com as misturas que as deram origem em “sulfocalcíticas”, “sulfodolomíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Estas cinzas foram obtidas, respectivamente, da combustão de misturas de carvão e calcita, de carvão e dolomita e de carvão, calcita e caulim. Os minerais estudados provêm do Rio Grande do Sul e todas análises foram efetuadas na École des Mines d’Alés (França). Assim, se estudaram cinzas de carvão, de calcário (calcítico e dolomítico), de caulim e de misturas destes a fim correlacionar as cinzas obtidas aos minerais que as deram origem. A reconstrução mineralógica destes materiais foi possível graças ao cruzamento de várias técnicas de análise tais como: método dos ajustes dosados, difração e fluorescência de raios X, determinação da perda ao fogo, densidade, calcimetria, termogravimetria, microscopia ótica e eletrônica etc. O carvão de Candiota é constituído por uma fase amorfa (52 %), quartzo (20 %), caulinita (16 %), muscovita (8 %), pirita (3 %), dolomita (1 %) e hematita (< 1 %). O caulim apresenta caulinita (80,6 %), muscovita (9,8 %), albita (6,8 %) e hematita (1,2 %) O calcário dolomítico possui calcita (42,8 %), antigorita (34,1 %), magnesita (11,7 %), dolomita (10,7 %), flogopita (3 %), caulinita (1,8 %) e quartzo (0,7 %). O calcário calcítico contém calcita (86,1 %), dolomita (12,2 %), quartzo (3,6 %), caulinita (0,7 %) e muscovita (0,4 %). As cinzas “sílico-aluminosas” são compostas por hematita e sílica. As cinzas sulfatadas são compostas por muscovita, quartzo, anidrita, guelenita, cal e hematita. As cinzas “sulfodolomíticas” apresentam, além destas fases, a periclasita. Foram realizados alguns ensaios de hidratação com cinzas “sílico-aluminosas”, “sulfocalcíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Após 28 dias de hidratação as cinzas “sílicoaluminosas” não sofreram alterações e a difração de raios X evidenciou, principalmente, o quartzo e a hematita. As cinzas sulfatadas com apenas 2 dias de hidratação, ou seja, antes do período de “pega” do cimento, apresentaram a formação de silicatos de cálcio hidratados (CSH) e etringita (primária). Estes dois compostos melhoram as propriedades mecânicas das cinzas. Após 28 dias de hidratação a etringita desapareceu em favor da formação da gipsita e de mais silicatos de cálcio hidratados. Os resultados mostraram que as cinzas sulfatadas têm propriedades físicas; superfície (específica, Blaine, BET), volume poroso e índice de aglomeração; e químicas; CSH e etringita; mais interessantes que as cinzas sílico-aluminosas. Os resultados indicam que as cinza sulfatadas têm um grande potencial de aproveitamento.

Esta dissertação investigou a técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de pó do espinélio de magnesioferrita (MgFe2O4) nanoestruturada. Foram utilizados como precursores inorgânicos, os nitratos de ferro nonahidratado e o de magnésio hexahidratado. Anidrido maleico foi empregado como combustível. A reação foi levada a efeito em forno elétrico tipo mufla. Foram variadas a proporção molar do combustível e a temperatura do forno, porém em etapas distintas. Pelas características do pó como-sintetizado, foi selecionada para a avaliação da temperatura de síntese a formulação 30% deficiente em combustível (2 moles de nitrato de ferro para 1 de nitrato de magnésio com 7/3 de anidrido maleico). Essa formulação foi sintetizada a temperaturas de 310°C, 400°C, 650°C, 770°C, 910°C e 1030°C (temperatura do forno durante a reação de combustão). A caracterização dos pós foi realizada pelas técnicas de análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), análise de área superficial específica (BET), análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), espectroscopia Mössbauer e medidas magnéticas com um magnetômetro vibracional (VSM). As amostras caracterizadas de MgFe2O4 apresentaram tamanho de cristalito médio de 42,8 nm, área superficial específica entre 4,16 m2/g e 51,54 m2/g, magnetização de saturação média de 25,34 emu/g, campo coercitivo e magnetização remanente não superior a 98 Oe e 11 emu/g, respectivamente. / This study has investigated a solution combustion synthesis technique to obtain the nanostructured magnesioferrite (MgFe2O4) spinel powder. The inorganic precursors used were iron nitrate nanohydrate, magnesium nitrate hexahydrate. Maleic anhydride was used as fuel. The reaction was performed in an electric muffle furnace. The molar proportion of the fuel and the oven temperature were variated in distinct stages tough. Considering the characteristics of the as-synthesized powders, the 30% fuel-deficient formulation (2 moles iron nitrate to 1 mole magnesium nitrate, with 7/3 mole maleic anhydride) was selected for synthesis temperature evaluation. This formulation was sinthesized at 310°C, 400°C, 650°C, 770°C, 910°C and 1030°C (temperature in the furnace during the combustion reaction). Powders characterization was carried out by differentialthermal analysis (DTA), thermogravimetric analysis (TGA), specific superficial area (BET), crystallographic analysis by X-ray diffraction, microstructure by scanning electronic microscope (SEM) and transmission electronic microscope (TEM), Mössbauer spectroscopy and magnetic measurements with a vibrational sample magnetometer (VSM). The characterized samples of MgFe2O4 had an average crystallite size of 42.8 nm, superficial area between 4.16 and 51.54 m2/g, average saturation magnetization of 25.34 emu/g, coercive field and remanent magnetization not greater than 98 Oe and 11 emu/g, respectively.

O trabalho apresenta uma análise técnica de desempenho dos motores de combustão interna ciclo Diesel, operando com combustível biodiesel em relação à operação com óleo diesel automotivo do tipo B. Busca-se neste trabalho definir uma relação tecnológica entre o antigo (óleo diesel) e o novo (biodiesel), demonstrando-se formas e processos de operação com ambos, a fim de enfatizar a garantia de eficiência da aplicação do biodiesel nos motores que hoje operam com óleo diesel automotivo. O desempenho foi avaliado em relação ao torque, potência, consumo específico de combustível e emissões de fumaça. A aplicação do biodiesel como uma nova forma de energia alternativa, sem alterações em projetos originais dos motores de combustão interna ciclo Diesel, motivou a realização deste trabalho. O motor utilizado nestes ensaios foi um motor Agrale M93 ID, monocilíndrico, com cilindrada de 668 cm³ e relação de compressão de 20,0:1. Neste motor foram ensaiados três tipos diferentes de biodiesel: o de soja, mamona e dendê. Todos os ensaios foram realizados utilizando-se percentuais específicos de adição de biodiesel ao óleo diesel. Utilizou-se inicialmente o B25 (adição de 25% de biodiesel ao óleo diesel tipo B), e posteriormente concentrações de B50, B75 e B100. Todo o sistema motriz foi instalado em uma bancada dinamométrica e instrumentado, a fim de permitir a coleta de informações e avaliações do torque, potência, consumo específico, emissões de fumaça, temperaturas e rotações operação. Os ensaios foram desenvolvidos em velocidades de rotação de 2600, 2400, 2200, 2000 e 1800 min-¹, para cada uma das concentrações de biodiesel e óleo diesel, coletando-se posteriormente todos os dados necessários para aplicar no programa de correção, conforme normatização vigente. Os resultados apresentaram pequenas variações nos parâmetros torque e potência, com variações mais significativas para o consumo específico e emissões de fumaça. Observa-se ao final dos ensaios que a aplicação de biodiesel destas três oleaginosas não altera o funcionamento do motor até percentuais próximos a 25%. Para misturas acima de 50%, verifica-se que o motor ensaiado apresenta reduções mais significativas nos parâmetros torque e potência, com aumento considerável no consumo específico de combustível e redução expressiva nas emissões de fumaça. / This study presents a Diesel cycle internal combustion engine technical analysis of performance operating on biodiesel fuel compared to the operation using type B automotive diesel oil. The aim of the study is to define the technological relationship between the long-standing diesel oil and the new biodiesel, demonstrating ways and processes of operation with both of them, so as to emphasize the guarantee of efficient application of biodiesel in engines which presently operate on automotive diesel oil. The performance was evaluated in relation to torque, power, specific fuel consumption and smoke emissions. The application of biodiesel as a new form of alternative energy, with no alterations in original cycle Diesel internal combustion engine projects, motivated this study. The engine used for the tests was a single-cylinder Agrale M93 ID, with 668 cc and 20,0:1 compression ratio. Three different types of biodiesel were tested in that engine: from soybeans, from castor oil plant (mamona) and from dende palm tree. All tests were carried out using specific percentages of biodiesel addition to the diesel oil. Initially, B25 (addition of 25% of biodiesel to the B type diesel oil) was tested, and then concentrations of B50, B75 and B100 were used. The whole engine system was installed and instrumented on a dynamometric bench, so as to allow the data collecting to record information and evaluations on torque, power, specific fuel consumption, smoke emissions, temperature and operating rotations. The tests were performed on rotation speeds of 2600, 2400, 2200, 2000 and 1800 min-¹, for each of the concentrations of biodiesel and diesel oil, obtaining all the necessary data to apply in the correction program, according to the present norms. The results presented little variation for the torque and power parameters and more significant variations for specific fuel consumption and smoke emissions. After testing, we observed that the application of biodiesel from those three oleaginous plants does not alter engine operation with percentages around 25%; for mixtures above 50%, the engine tested presented more significant reductions in torque and power parameters, with a considerable increase in specific fuel consumption and a substantial reduction in smoke emissions.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-27T03:06:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335762.pdf: 3903030 bytes, checksum: e2d9016ce81effa053940d9143555e48 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nanoaluminato de magnésio (MgAl2O4) foi sintetizado com sucesso por reação de combustão em solução, utilizando como combustíveis glicerinas loira e bruta, provenientes do biodiesel. O aluminato de magnésio obtido, em pó, foi preparado utilizando?se duas rotas de processamento denominadas de aquecimento convencional e aquecimento rápido. As etapas iniciais foram as mesmas, isto é, os precursores, Al(NO3)3.9H2O e Mg(NO3)2.6H2O, em proporção molar de 2:1, foram dissolvidos em 20% (em massa) de água deionizada e submetidos a agitação magnética, com aquecimento a 70 °C até o início da reação, com a adição dos combustíveis. No aquecimento convencional foram utilizados como combustíveis sacarose, glicerina pura, glicerina loira, glicerina loira seca por 24h, glicerina loira seca por 24h +gel, gel e glicerina bruta. No aquecimento rápido, os combustíveis utilizados foram glicerina loira e bruta. As espumas cerâmicas foram produzidas por dois métodos, isto é, a termoespumação e a réplica polimérica, utilizando a mesma suspensão base. Os pós e as espumas produzidas foram caracterizados do ponto de vista de suas propriedades macro e microestruturais e de suas propriedades mecânicas e térmicas. Os resultados mostraram que somente o pó produzido por aquecimento rápido, utilizando glicerina loira como combustível, apresentou fase única formada de MgAl2O4. Este pó apresentou tamanhos (diâmetros) de partículas primárias ou cristalitos de 9 nm e área superficial de 112 m2.g-1. As espumas de MgAl2O4 produzidas por réplica e termoespumação (queimadas a 1600 °C/120 min, usando pó calcinado a 900 °C/120 min) apresentaram porosidades de 94% e 97% e resistência mecânica de 1,0 e 0,10 MPa, respectivamente. Estas espumas, aplicadas como queimadores porosos, operaram em condições semelhantes à queimadores porosos de Al2O3 para um único ciclo térmico.<br> / Abstract : Nanosized magnesium aluminate (MgAl2O4) was successfully synthesized by combustion reaction in solution using as fuels crude and blonde glycerin from the biodiesel. The magnesium aluminate powder obtained was prepared using two processing routes called conventional heating and fast heating. The initial steps are the same, i.e., precursors, Al(NO3)3.9H2Oand Mg(NO3)2.6H2O in molar ratio of 2:1 were dissolved in 20% (by weight) of deionized water and subjected to magnetic stirring with heating at 70°C until the reaction has started with the addition of fuels. In conventional heating saccharose, pure glycerin, blonde glycerin, blonde glycerin dried for 24 hours, blonde glycerin dried for 24 hours + glycerin gel, gel and crude glycerin were used as fuels. In the fast heating, the blonde and crude glycerins were used as fuels. Ceramic foams were produced by two methods, i.e., thermal foaming and by the replication method using the same base suspension. The powders and the ceramic foams produced were characterized from the point of view of their macro and microstructural properties and their mechanical and thermal properties. The results showed that only the powder produced by fast heating using blonde glycerin as fuel, showed the MgAl2O4 single phase. This powder had sizes (diameters) of primary particles or crystallites of 9 nm and surface area of 112 m2.g-1. The MgAl2O4 foams produced by the thermal foaming and the replication method (fired at 1600°C/120 min using powders calcined at 900°C/120min) had porosity of 94% and 97% and mechanical strength of 1.0 to 0.10Mpa, respectively. These ceramic foams, applied as porous burners, operated under conditions similar to porousAl2O3burnersfor a single thermal cycle.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-25T04:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344688.pdf: 1774238 bytes, checksum: eca4a5e907f9467f830c24ac1dc046d9 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de nanopartículas tem recebido especial atenção devido às suas propriedades físicas e químicas e diversas aplicações. No campo da engenharia química, os nanomateriais tem aplicação fundamental no desenvolvimento de catalisadores e em revestimentos nanoestruturados aplicados a sensores. Nesse sentido, a tecnologia de reatores de chama tem-se mostrado uma via atrativa e de alto rendimento para a síntese de nanopartículas com propriedades e funcionalidades sofisticadas. A fabricação de nanofilmes pela deposição das nanopartículas provenientes da fase gasosa é uma abordagem promissora e, nesse aspecto, técnicas de expansão do fluxo, em particular, o uso de lentes aerodinâmicas, apresentam uma série de vantagens que auxiliam no seu processo de deposição. Contudo, para promover uma elevada taxa de produção sem comprometer as características finais das nanopartículas, uma compreensão da sua dinâmica e síntese é necessária. Através da resolução numérica das equações que governam os fenômenos envolvidos na síntese e deposição das nanopartículas, pode-se obter muitas informações a respeito da distribuição e transporte das variáveis de interesse, bem como os parâmetros geométricos que afetam o funcionamento do reator e as características dos nanomateriais formados. Neste trabalho é apresentada a investigação numérica do comportamento fluidodinâmico do processo de formação e deposição de nanopartículas em reator de chama de difusão acoplado ao sistema de lentes aerodinâmicas. A performance do sistema foi investigada através da análise dos perfis de velocidade, temperatura e concentração das espécies químicas, a fim de validar os dados experimentais e fornecer informações sobre o processo. Através da alteração da geometria do sistema, diferentes configurações foram avaliadas com o objetivo de determinar o funcionamento ideal do reator para a deposição das partículas. Os resultados mostram que o sistema de lentes aerodinâmicas é capaz de restringir o fluxo principal a uma região muito estreita em comparação ao reator de chama sem lentes, sendo esta uma característica essencial para o controle da deposição das nanopartículas e para o desenvolvimento de nanomateriais com novas propriedades funcionais e estruturais.<br> / Abstract : The nanoparticles use has received particular attention due to their physical and chemical properties and various applications. In the chemical engineering field, the nanomaterials have an important application in the development of catalysts and nanostructured coatings applied to sensors. Thus, the flame reactor technology has shown to be an attractive route with high performance for the synthesis of nanoparticles with sophisticated properties and functions. The nanofilms manufacturing by the deposition of nanoparticles from a gas phase is a promising approach and, in this sense, the flow expansion technique, in particular the use of aerodynamic lenses, shows many advantages, which help their deposition process. However, to promote a high production rate without compromising the final characteristics of the nanoparticles, an understanding of their synthesis and dynamic is required. Through the numerical solution of the equations that govern the main phenomena involved in the nanoparticles synthesis and deposition, a lot of information about the distribution and transport of the interest variables can be obtained, as well the geometric parameters that affect the reactor operation and the nanomaterials characteristics. This paper presents the fluid dynamic numerical investigation of the nanoparticle formation and deposition process in a diffusion flame reactor coupled to an aerodynamic lens system. The system performance was investigated by the analysis of the velocity, temperature and chemical species concentration profiles to validate the experimental data and provide information about the process. Changing the system geometry, different configurations were evaluated in order to determine the optimal reactor operation mode for the nanoparticle deposition. The results show that the aerodynamic lens system is able to restrict the main flow to a much narrow region when compared to the flame reactor without lenses, being this an essential feature to control the deposition of the nanoparticles and to development of new nanomaterials with structural and functional properties.

CARTAXO, J. C. Análise de liberação de energia para biodieseis de segunda geração. 2016. 53 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-06-15T13:10:05Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_jccartaxo.pdf: 5065134 bytes, checksum: 017764e14b53ef2b7599a4ba168f0000 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-07-11T14:37:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_jccartaxo.pdf: 5065134 bytes, checksum: 017764e14b53ef2b7599a4ba168f0000 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T14:37:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_jccartaxo.pdf: 5065134 bytes, checksum: 017764e14b53ef2b7599a4ba168f0000 (MD5) Previous issue date: 2016-05-04 / Second generation biodiesel fuels extracted from sources such as beef tallow and castor bean oil have gone through an increase in production, as they are being gradually added to soybean biodiesel which constitutes the primary biofuel in the country. These alternative materials have potential do increase the fuel’s oxidation stability and, specifically in the case of beef tallow, reduce the cost of producing biodiesel. However, these sources also contribute to making the properties of the biodiesel/diesel blend more distant from those of conventional diesel fuel. Beef tallow biodiesel, for example, has a cetane number of 64.70, compared to 46.44 the soybean and 48 for mineral diesel fuel. In the case of castor bean biodiesel, its viscosity is 14.5 cSt, while soybean’s is 4.2 cSt and mineral diesel’s is 2.5. It is expected that these unique characteristics should have noteworthy consequences in the injection, tomization and combustion processes of the fuel. This work intends to determine the extent of these consequences by characterizing each second generation biodiesel fuel’s impact on the apparent heat release rate. To this end, experimental data on cylinder pressure and a heat release – or energy - analysis model on a combustion zone were utilized. The data were obtained from a medium sized turbo diesel engine operating at steady state for three different load levels. Biodiesel and diesel blends were prepared at concentration levels B10, representative of current commercial use, and B20, corresponding to a greater biofuel adoption in a future scenario. Second generation sources were also compared to data from soybean biodiesel, which forms around 75% of Brazil’s biodiesel production. At B20 concentrations, it was found that beef tallow biodiesel, due to its higher cetane number, hastened combustion by about 1◦ compared to soybean and 3◦ compared to mineral diesel. This anticipation in ignition also caused a reduction in the amount of fuel consumed as a premixed flame. Combustion of castor bean biodiesel was mostly unchanged for high and medium loads compared to mineral diesel fuel. However, on the low load configuration (BMEP = 250kPa) and at B20 concentration, it caused a significant delay in combustion, likely from the collision of the fuel jet against the cylinder wall. / Os biodieseis de segunda geração oriundos de fontes, tais como o sebo bovino e a mamona, vêm experimentando uma expansão em sua produção, sendo adicionados gradualmente ao biodiesel de soja, que constitui a matéria-prima predominante no país. Essas matérias-primas alternativas podem aumentar a estabilidade à oxidação do combustível e, no caso do sebo, diminuir o custo de produção do biodiesel. Contudo, elas também contribuem para um maior distanciamento entre as propriedades das misturas diesel/biodiesel e o óleo diesel convencional. O biodiesel proveniente do sebo bovino, por exemplo, possui um número de cetano de 68,77 frente aos 52,10 do de soja e 48 do óleo diesel mineral. Já o biodiesel de mamona possui viscosidade de 14,5 cSt, frente aos 4,16 do de soja e 2,5 do óleo diesel mineral. Espera-se que essas características singulares tenham consequências importantes nos processos de injeção, atomização e queima do combustível. O objetivo deste trabalho é determinar a extensão dessas consequências, caracterizando-se o impacto de cada um desses biodieseis de segunda geração sobre a taxa aparente de liberação de energia. Empregou-se, para tanto, dados experimentais de pressão no cilindro e um modelo de análise de liberação de calor, ou de energia, com uma zona de combustão. Os dados foram obtidos com um motor diesel turbo de médio porte operando em condições de regime permanente e a três níveis de carga. Preparou-se misturas entre diesel e biodiesel nas concentrações B10, representativas do patamar atual de adição de biodiesel ao diesel mineral, e B20, que corresponderiam à maior adoção de biocombustíveis em um cenário futuro. As matérias-primas de segunda geração, sebo bovino e mamona, também foram comparadas a dados obtidos com o biodiesel de óleo de soja, que corresponde a cerca de 75% a atual produção brasileira de biodiesel. Para as misturas B20, constatou-se que o biodiesel de sebo bovino, por ter maior número de cetano, adianta a combustão em cerca de 1◦ com relação ao de soja e 3◦ com relação ao diesel mineral. Devido a este adiantamento da ignição, o biodiesel de sebo bovino também reduziu a quantidade de combustível consumido pelo modo pré-misturado. A combustão das misturas contendo biodiesel de mamona ficou praticamente inalterada para as condições de alta e média carga com relação ao óleo diesel mineral. Contudo, em baixa carga (bmep=250 kPa) e na concentração correspondente a B10 e B20, o biodiesel de mamona provocou um atraso expressivo na combustão, provavelmente devido à colisão do jato combustível com as paredes do pistão.