Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_7205_João Vitor F Duque.pdf: 13347940 bytes, checksum: 4fa2a6bebc86457c51f2d2194ef631d3 (MD5) Previous issue date: 2013-10-25 / É evidente a grandeza da indústria do petróleo e de seus derivados nos dias atuais. Associado a isso está a enorme variedade de produtos consumidos que são produzidos a partir dos mais diversos tipos de plásticos, gerando uma quantidade considerável de impactos ambientais e sócio-econômicos devido ao seu descarte incorreto e irresponsável. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo propor um novo processo de conversão térmica, como alternativa, para transformá-los em um possível combustível. As análises elementares detectaram somente quantidades de carbono e hidrogênio. Nas análises imediatas, devido a não existência de normas para testes padrão, somente foram determinadas as quantidades de umidade e cinzas, sendo o material volátil obtido por diferença. O poder calorífico superior das amostras verificadas foi entre 31 49 MJ kg-1. Foram realizados ensaios de Termogravimetria (TG) entre 30 700 °C, com três taxas de aquecimento (2, 20 e 100 K min-1) em duas atmosferas, inerte (N2) e oxidante (ar), e também de Calorimetria diferencial de varredura (CDV) entre 20 600 °C, sob atmosfera dinâmica de nitrogênio e taxa de aquecimento de 10 K min-1. Os resultados mostram concordância com a análise imediata, para cinzas e umidade. Os teores de carbono fixo e material volátil foram determinados através de balanço de massa, confrontando os resultados das análises realizadas. A partir dos dados obtidos nas CDVs, os parâmetros cinéticos de Arrhenius, energia de ativação aparente e o fator pré-exponencial, para a reação global de pirólise foram calculados. O craqueamento térmico de resíduos de polietileno foi realizado de duas maneiras distintas, por meio do uso de energia elétrica e também através de combustão smoldering, onde uma análise de parâmetros foi realizada. Os produtos recuperados foram analisados e um alto poder calorífico foi encontrado. Devido a grande quantidade de material volátil, o uso de resíduos de materiais plásticos sugere a co-gasificação com material carbonoso para atingir as temperaturas de pirólise e garantir a sustentação energética do processo. Palavras chave: Análises térmicas, Combustão, Craqueamento, Plásticos, Resíduos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-31T03:11:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343953.pdf: 3011153 bytes, checksum: 751769c238df128576bd611ed9f3178b (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho, três mecanismos detalhados de cinética química para o etanol, disponíveis na literatura, foram submetidos a diferentes métodos de redução, utilizando condições encontradas na operação normal de motores de combustão interna como parâmetros de redução. O primeiro mecanismo selecionado foi desenvolvido por Leplat e colaboradores (2011), no ICARE, em Orleans, França, contendo 252 reações químicas reversíveis, compreendendo 38 espécies, obtido principalmente para reproduzir medidas de concentrações de espécies em reatores perfeitamente misturados. O segundo por Mittal e colaboradores (2014), no C3-NUI, na Irlanda, envolvendo 710 reações químicas reversíveis, englobando 111 espécies, desenvolvido para prever os atrasos de ignição medidos em máquinas de compressão rápida. O terceiro mecanismo selecionado foi produzido por Cancino e colaboradores (2010), do IVG, Alemanha, e da UFSC, Brasil, contendo 1349 reações químicas reversíveis, compreendendo 35 espécies, feito principalmente para prever atrasos de ignição à alta pressão em tubos de choque. Os métodos de redução selecionados foram: Sensitivity Analysis (SA), Rate of Production (ROP), Direct Relation Graph (DRG), Direct Relation Graph with Error Propagation (DRGEP) e Path Flux Analysis (PFA). Sendo o mecanismo do Leplat o mais compacto, este foi utilizado para avaliar a redução final e a razão de convergência de cada método estudado. Ambos, atrasos de ignição (Ignition Delay Times, IDT) e velocidade de chama laminar, compreendidos em um grande intervalo de condições de temperatura, pressão e razão de equivalência foram selecionados como parâmetros de redução. Da análise inicial, os métodos DRG e DRGEP apresentaram as maiores eficiências, tanto em termos de tamanho final do mecanismo reduzido como nos termos de taxa de remoção de espécies. Assim, ambos os métodos foram sistematicamente aplicados nos outros mecanismos e as diferenças entre as espécies removidas foram avaliadas. O mecanismo final obtido via DRGEP para o mecanismo do Leplat apresentou, respectivamente, 84% e 72% das espécies e reações do mecanismo detalhado. Para o mecanismo do Cancino, o DRGEP apresentou uma maior redução, com 58% e 61% respectivamente das espécies e reações sem remover o mecanismo de oxidação do nitrogênio e ainda representando o IDT à altas pressões com uma diferença menor de 5% do mecanismo detalhado. Finalmente, para o mecanismo do Mittal, o método DRG apresentou a maior redução, atingindo 37% das espécies e 34% das reações do mecanismo detalhado. A análise de sensibilidade dos mecanismos reduzidos revelaram o mesmo grupo de reações como as mais sensíveis para a chama laminar e IDT dos apresentados pelos mecanismos detalhados, indicando que a redução não modifica a razão de importância das reações dentro de um caminho de reação para um dado mecanismo. Entretanto, ao comparar os mecanismos reduzidos entre si, muitas diferenças se tornam visíveis, como a modelagem dos fenômenos inicias ou finais da combustão. Estas observações podem auxiliar e dirigir o desenvolvimento de mecanismos cinéticos mais abrangentes para a modelagem da combustão de etanol.<br> / Abstract : In this work, three detailed kinetic mechanisms available in the literature were subjected to different methods of reduction, using the conditions found on internal combustion engines normal operation as reduction targets. The mechanisms selected were those of Leplat and co-workers (2011), from ICARE, Orleans, France, containing 252 reversible chemical reactions among 38 chemical species, developed mainly to reproduce measurements of species concentration in perfectly-stirred reactors; of Mittal and co-workers (2014), from C3-NUI, Ireland, involving 710 reversible chemical reactions among 111 chemical species, developed mainly to predict ignition delay time measured in rapid compression machine; and that of Cancino and co-workers (2010), from IVG, Germany, and UFSC, Brazil, involving 1349 reversible chemical reactions among 135 chemical species, mainly developed to predict high-pressure ignition delay time measured in shock tubes. The reduction methods selected were the Sensitivity Analysis (SA), Rate of Production (ROP), Directed Relation Graph (DRG) and Directed Relation Graph with Error Propagation (DRGEP) and Path Flux Analysis (PFA). Since Leplat's mechanism is the most compact, it was selected for the assessment of the final reduction and convergence ratio involved in each reduction method studied. Both ignition delay time and laminar flame speed, evaluated over a large range of temperature, pressure and equivalence ratios, were selected as reduction targets. The maximum difference allowed between the predictions of the full detailed and the reduced mechanisms was 5 % over the entire target range. From the initial analysis, the DRG and DRGEP methods appeared as the most effective, both in terms of the size of the final reduced mechanism, as well as in terms of the rate of removal of species. The DRG and DRGEP methods were then systematically applied to the other mechanisms and the differences observed in the reduced species were noted and analyzed. The final reduced mechanism obtained via DRGEP from Leplat´s mechanism presented, respectively, 84 % and 72 % of the species and reactions of the detailed mechanism. For the Cancino mechanism, the DRGEP produced a larger reduction with 58 % and 61 % of species and reactions respectively of the detailed mechanism, without removing the nitrogen oxidation mechanism and still representing the high-pressure IDT with a 5% difference from the detailed mechanism. Finally, for the Mittal mechanism, the DRG method presented the largest reduction, reaching 37% of species and 34% of reactions of the detailed mechanism. The sensitivity analysis of the reduced mechanisms revealed the same group of most sensitive reactions in respect to the laminar flame and ignition delay time as the detailed mechanism, indicating that the reduction does not change the relative importance of the reactions within a reaction path for a given mechanism. However, when the reduced mechanisms are compared among them, several basic differences arise, mainly in the level of detail, expressed as the number of intermediates and reactions, placed in modeling early or late kinetics phenomena. These observations may lead to the development of more comprehensive mechanisms for the modeling of ethanol combustion.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduaçao em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T18:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226677.pdf: 3589258 bytes, checksum: d862090072d7d7df3e58c2930c7f8308 (MD5) / O uso de ferramentas computacionais na simulação numérica do escoamento, combustão, transferência de calor e formação de poluentes em centrais termelétricas vem recebendo atenção crescente na solução de problemas diversos. Diferentes códigos computacionais existentes no mercado representam hoje uma ferramenta de valor fundamental no aperfeiçoamento de projetos de novas unidades geradoras de vapor, permitindo otimizar condições de operação, reduzir as emissões de poluentes, investigar o mau funcionamento dos equipamentos e propor as medidas corretivas pertinentes. No caso específico das unidades geradoras de vapor do complexo Jorge Lacerda de Capivari de Baixo-SC, a maioria das paradas forçadas ocorre devido a falhas em tubos de caldeiras devido na maioria dos casos a falhas por fluência. A deposição de cinzas nas superfícies de transferência de calor de caldeiras é também um problema associado ao uso de carvão pulverizado, pois reduz a transferência de calor na caldeira, diminuindo assim a sua eficiência térmica. Este trabalho tem como objetivo aplicar um modelo de cálculo tridimensional e complementá-lo de forma a descrever o escoamento, transferência de calor e deposição de cinzas na zona dos painéis de tubos radiantes de uma caldeira com queima de carvão pulverizado de uma central termelétrica existente. A descrição do escoamento e transferência de calor por convecção em feixes tubulares baseia-se em correlações empíricas aplicadas com propriedades locais. As trocas de calor por radiação baseiam-se no método das zonas acoplado com o cálculo da irradiação da fornalha na seção de entrada dos feixes tubulares, calculada pelo modelo tridimensional. Para analisar a transferência de calor nos tubos, implementou-se ainda o cálculo da distribuição do escoamento nos tubos, explorando a possibilidade de se utilizar controladores de fluxo. Para analisar a deposição de cinzas nas paredes dos tubos, desenvolveu-se e aplicou-se um modelo baseado nos conceitos de eficiência de impacto e probabilidade de adesão das partículas. São comparados resultados numéricos com medidas da temperatura nos supereaquecedores e reaquecedores de uma caldeira de central termelétrica existente, para diferentes condições de operação. Analisou-se a influência exercida pelos queimadores localizados na câmara de combustão e simulou-se também o uso de controladores de fluxo de vapor para a uniformização das temperaturas dos feixes tubulares. Foram efetuados cálculos do arraste e deposição de partículas nas paredes da caldeira e quantificados os fluxos de partículas à entrada dos feixes tubulares, permitindo concluir que a distribuição é muito influenciada pelos cálculos junto ao queimador. A fração de partículas que adere nas superfícies é estimada entre 47 e 78% do total das partículas incidentes.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-07-05Bitstream added on 2014-06-13T19:25:03Z : No. of bitstreams: 1 gonzales_caq_dr_guara.pdf: 2226172 bytes, checksum: 7864c5078943183c9af88b6bafe9c341 (MD5) / A combustão é um processo que pode consumir consome grandes quantidades de glicerol bruto sem requerer purificação nenhuma. No entanto, a queima do glicerol bruto não é fácil, devido, entre outras razões, à sua alta viscosidade, que dificulta o processo de atomização. O objetivo deste trabalho é realizar um estudo teórico-experimental de dois tipos de injetores para a atomização de líquidos viscosos, como o caso da mistura de glicerina + etanol. Foram projetados e construídos dois protótipos de injetor para a realização de testes comparativos: um injetor tipo Y e um injetor efervescente. Água, óleo diesel e mistura de glicerina + etanol foram usados como líquidos de teste, enquanto que ar e hélio são utilizados como gases de atomização. Para os dois atomizadores foram determinados os coeficientes de descarga, os ângulos de cone do spray e diâmetro representativo das gotas do spray. Também foram estudados os efeitos da pressão de operação e das vazões mássicas do líquido e gás de atomização sobre o desempenho do injetor. Para o injetor tipo Y, foi realizada uma análise teórica do efeito da pressão na câmara de mistura e da substituição do gás de atomização no diâmetro médio das gotas. É avaliada a equação de Wigg para determinar o diâmetro médio das gotas. Para o injetor efervescente, são avaliadas a influência da geometria e a localização dos orifícios de aeração, assim como o diâmetro do orifício de descarga sob as diferentes condições de operação / Combustion is a process which can consumes large amounts of crude glycerol without requiring any purification. However, the burning of crude glycerol is not easy due, among other reasons, to the high viscosity, which hinders of the atomization process. The objective of this work is to perform a theoretical and experimental study of two type nozzles to atomize viscous liquids, such as the case of glycerin + ethanol mixture. Two prototype injectors were designed and built for comparative testing: Y-jet nozzle and effervescent atomizer. Water, diesel and a glycerin + ethanol mixture were used as testing liquids; whereas air and helium were used as atomization gases. For two atomizers were determined the discharge coefficients, spray cone angles and the average droplet diameters of the produced sprays. Also were studied the effects of operating pressure and mass flow rates of liquid and gas on the injector performance. For the Y-jet nozzle, was performed a theoretical analysis the pressure effect in the mixing chamber, as well as substitution of the atomization gas on the average droplet diameter. The Wigg`s equation is evaluated to determine the average droplet diameter. For the effervescent nozzle, were evaluated the influence of the geometry and localization of the aeration holes, as well as the diameter of the final discharge orifice, under different operating conditions

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003Bitstream added on 2014-06-13T20:46:44Z : No. of bitstreams: 1 rabelo_erc_dr_guara.pdf: 6183140 bytes, checksum: d7bd9eecbf970b1f0de95902bb7fa5b8 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho trata da combustão sem chama, denominada incandescência, em espécimes de madeira. O estágio de incandescência é muito comum em queimadas florestais, ocorrendo após o período de chamas, quando a biomassa de tamanho maior permanece fumegando por até vários dias. Este material, em estado de incandescência, é foco permanente de emissão de gases tóxicos bem como de re-ignição de biomassa não queimada. Os objetivos principais do trabalho são: verificar experimentalmente os parâmetros que favorecem o início e a continuidade do processo de incandescência e quantificar as concentrações de CO, CO2, O2 e HC durante a queima. Também serão determinadas temperaturas, em diferentes pontos dos corpos de prova, a velocidade da frente de incandescência e, finalmente, a taxa de queima. Os ensaios foram feitos em um forno de 1,80 m de comprimento por 0,60 m de diâmetro, conectado a um controlador de temperatura, com vazões de ar de combustão previamente estabelecidas. Além da vazão de ar, outros parâmetros também variaram, como a temperatura interna do forno, a espécie da madeira, o volume e a umidade da amostra. Para otimizar a execução dos testes foi aplicada a técnica de Projeto de Experimentos. Os ensaios de laboratório foram comparados com os resultados obtidos em uma queimada realizada no interior da floresta Amazônica, no norte do estado de Mato Grosso. / This work investigates non flaming combustion in biomass logs. The process is called smouldering combustion. The occurrence of smouldering is very common in forest fires, where the large sized biomass remains fuming for several days. The material in the state of is a source of toxic gases and of ignition for unburned biomass. The main goals of the work are experimentally check the parameters that favor initiation and permanence of the smouldering process and measure CO, CO2, O2 and HC concentrations during the burning. The velocity of the smouldering front was determined by thermocouples placed in different points of the biomass sample. The average burning rate was also determined. The tests were performed in a furnace of 1.80 m length by 0.60 m diameter. A temperature controller was used to set the desired furnace temperature. The mass flow rate of air was controlled by valves and measured with rotameters. Tests were conducted for different biomass species and sample volumes and moisture contents. To optimize the number of tests the technique Project of Experiments was applied. Results of the laboratory tests agreed well with those obtained in the Amazon forest, in the north of the state of Mato Grosso, Brazil.

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

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.

Esta dissertação teve como objetivo o estudo e desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de alumina, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o modelamento termodinâmico das reações investigadas e a influência da razão combustíveloxidante no tamanho de partícula. A síntese da alumina por combustão foi realizada a partir do par precursor químico glicina-nitrato de alumínio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito no pó, deformação de rede, área superficial e porosidade total. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases metaestáveis de Al2O3 para o pó como-sintetizado. A fase Al2O3-α, cuja formação não ocorreu nem na presença de um extra-oxidante, somente foi obtida após um tratamento térmico a 1100°C do pó como-sintetizado. O modelamento termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de aglomeração. A caracterização do pó utilizou técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial e porosidade total, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de alumina alfa obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método de Williamson-Hall, a partir de dados de análises por DRX, foi de 97 nm, e deformação média calculada de 5x10-3 % A análise granulométrica dos pós como-sintetizados verificou um tamanho de aglomerado de 40 µm, com distribuição monomodal. As análises por MEV e MET confirmaram a aglomeração das partículas do pó como-sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular.

Resumo: Atualmente, o mundo está percebendo a importância do problema do aquecimento global e mais pessoas estão trabalhando com o objetivo de reduzir as emissões de poluentes no meio ambiente. Neste contexto é necessária a busca de novas fontes de energia, tais como o etanol, que sejam menos poluentes. O Brasil é um grande produtor de etanol, sendo o mesmo um combustível alternativo por ser mais barato que a gasolina. Além das vantagens financeiras que podem ser verificadas, através de receitas positivas, há vantagens técnicas e estratégicas do uso do etanol. O objetivo energético e ecológico deste trabalho é apresentar a caracterização experimental da turbulência dentro do cilindro de um motor a pistão aeronáutico e realizar análises do comportamento da eficiência ecológica do mesmo usando misturas etanol e gasolina como combustível. Estes estudos subsidiarão o desenvolvimento do motor FLEX aeronáutico que tem como finalidade de reduzir os custos operacionais com a aviação e os danos ao meio ambiente. Os ensaios utilizaram um motor Lycoming IO-540-K1D5, que equipa a aeronave T-25 "Universal" da Força Aérea Brasileira. Para a realização das medições da turbulência dentro da câmara de combustão do motor foi utilizada a técnica de diagnóstico não intrusiva conhecida por velocimetria a laser por imagem da partícula. Também foram realizados ensaios na bancada de testes do motor para a obtenção de dados referentes a emissões de poluentes e dos parâmetros do motor com diferentes misturas gasolina-etanol. O conceito de eficiência ecológica é utilizado como parâmetro de comparação. É avaliado e quantificado o impacto ambiental do uso da gasolina de aviação em motores de combustão interna aeronáuticos e as vantagens da utilização da mistura gasolina de aviação com etanol anidro. Em fase final são tecidas as conclusões para a melhoria do projeto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays, the world is realizing the importance of the global warming problem and consequently more people are working in order to reduce pollutant emissions to the environment. Today it is necessary to search new and less pollutant sources like ethanol. In Brazil, ethanol is already one realistic alternative fuel because it is less expensive than gasoline and Brazil is one of the largest ethanol producers. Beyond the financial advantages that can be verified, through the annual positive profits, there are technical and strategic advantages. The energetic and ecological objectives of this work are to present an experimental characterization of turbulence within the engine cylinder and perform analysis of the behavior of the ecological efficiency using gasoline and ethanol mixtures as fuel. These studies will subsidize the development of the Flex type aircraft engine Flex, which aims to reduce operating costs with aviation and environmental damage. This thesis presents measurement of turbulence inside Lycoming IO-540-K1D5 engine, utilized by the T-25 "Universal" aircraft, using particle image velocimetry. Besides turbulence tests other tests were conduted in order to obtain data for pollutant emission and performance engine analysis using blends gasoline-ethanol. In the final step, the concept of ecological efficiency is applied to evaluate the environmental impact. We evaluate and quantify the environmental impact from the use of aviation gasoline in aeronautical internal combustion engines and the advantages of using gasoline-ethanol blends as fuel. Conclusions are presented which will give technical support for further research on flexible-fuel aeronautical engines. Some future researches are suggested to support the Brazilian Air Force and Magnetti Marelli Company, which are developing the first Flex aeronautical engine in the world / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Cristiane Aparecida Martins / Banca: João Andrade de Carvalho Junior / Banca: Nédilo Carrinho de Castro / Banca: Marcelo Andreotti / Banca: Maria Esther Sbampato / Doutor

Orientador: Ivonete Ávila / Coorientador: Carlos Manuel Romero Luna / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Paula Cristina Garcia Manoel Crnkovic / Resumo: Nesta dissertação, investiga-se através da análise termogravimétrica o comportamento da combustão de amostras de carvão mineral, bagaço de cana-de-açúcar, bagaço de sorgo biomassa e das misturas de carvão-biomassa. A biomassa e o carvão possuem propriedades físico-químicas diferentes que proporcionam comportamento térmico diferente durante o processo de co-combustão, desta forma o objetivo desta pesquisa é caracterizar o comportamento térmico de misturas de carvão mineral com bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de sorgo em atmosferas simuladas de combustão (O2/N2) e oxicombustão (O2/CO2). Os experimentos foram realizados em duplicata em um analisador termogravimétrico utilizando uma razão de aquecimento de 10 °C/min. Foi considerada uma granulometria uniforme para todos os materiais (63 µm) com a finalidade de garantir uma mistura homogênea. Foram estudadas quatro proporções de biomassa na mistura (10, 25, 50 e 75%). A partir das técnicas de termogravimetria (TG) e termogravimetria derivada (DTG) foram determinados parâmetros tais como Índice de combustão, sinergismo e energia de ativação, bem como avaliada a influência da atmosfera de combustão sobre esses parâmetros. Os resultados indicam que o bagaço de cana-de-açúcar apresenta valor de energia de ativação inferior ao registrado para o bagaço de sorgo e desempenho de combustão superior ao do bagaço de sorgo. Para as misturas, os melhores resultados foram registrados até a proporção de 25% de biomassa na mistura. Avaliando in... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This dissertation investigates by thermogravimetric analysis the behavior of the combustion of coal, sugarcane bagasse, sorghum biomass bagasse and coal-biomass blends. The biomass and coal have different physicochemical properties that provide different thermal behavior during the process of co-combustion, thus the aim of this research is to characterize the thermal behavior of coal mixed with sugarcane bagasse and sorghum bagasse in simulated atmospheres of combustion (O2/N2) and oxycombustion (O2/CO2). The experiments were performed in duplicate in a thermogravimetric analyzer using a heating rate of 10 ° C/min. A uniform particle size for all materials (63 μm) in order to ensure a homogeneous mixture was considered. Four biomass ratios were studied in the blend (10, 25, 50 and 75%). From the techniques of Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG) curves were determined parameters such as: Combustion index, synergism and activation energy and evaluated the influence of combustion atmosphere on these parameters. The results indicate that the sugarcane bagasse presents a lower activation energy value than sorghum bagasse and combustion performance higher than sorghum bagasse. For mixtures, best results were recorded up to 25% proportion of biomass in the blend. Individually evaluating each material, when replacing N2 by CO2 can be seen an increase in the reactivity of the reaction, the increased oxidation of the materials and an improvement in the evaluated... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre