Resumo: Este trabalho tem a finalidade de investigar a incineração de resíduos sólidos na presença de ondas acústicas para incrementar o processo de combustão. Para tanto foi projetado e construído um forno rotativo para incineração de resíduo sólido industrial. Um combustor do tipo sintonizável foi desenvolvido e acoplado ao forno rotativo para indução de oscilações acústicas, além de outros acessórios utilizados no processo de combustão (alimentador de resíduos, ejetor, sonda para análise de gases). Os resultados obtidos mostram que a presença do campo acústico melhora o processo de combustão. Estes resultados foram avaliados principalmente através da análise de gases de combustão, permitindo uma redução da quantidade de combustível utilizado. / Abstract: This work has the objective of investigating the incineration of solid wastes with acoustics oscillations to improve the combustion process. A rotary kiln was designed and built for the research. A tunable combustor was developed and connected to the rotary kiln for induction of the acoustics oscillations. Accessories were also built and used in the combustion process (feeder of waste, air ejector, probe for gas analysis). The results show that the presence of the acoustic field improves the combustion process. These results had been evaluated mainly through the analysis of gas combustion, allowing a reduction of the amount of used fuel. / Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Galdenoro Botura Júnior / Banca: Marco Aurélio Ferreira / Banca: Cristiane Aparecida Martins Andraus / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Doutor

Resumo: 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. / Abstract: 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. / Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Carlos Alberto Gurgel Veras / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Mauricio Araujo Zanardi / Doutor

Resumo: O trabalho de análise do uso de materiais alternativos no Alto Forno 1 da ArcelorMittal Tubarão estabelece uma taxa de substituição de cada material alternativo, plástico e pneu, em relação ao uso exclusivo do carvão mineral injetado no Alto Forno através das ventaneiras. A taxa de utilização de plástico e pneu é avaliada considerando o aporte de energia e dos agentes necessários para a reação química de redução do minério de ferro em ferro metálico. No presente trabalho são elaborados os balanços de massa e de energia de acordo com a configuração operacional vigente no segundo semestre de 2009 para o Alto Forno 1 e com os dados de produção do mês de julho de 2009. O resultado mostra a viabilidade técnica do uso de plástico ou pneu e estabelece as condições de uso de cada um em relação à quantidade, tipo e granulometria. A substituição energética decorrente do uso de plástico e pneu estabelece uma forma de aplicação segura e controlada deste resíduo, além de agregar valor a estes materiais normalmente descartados pela sociedade. Contribui também para amenizar os impactos ambientais decorrentes da falta de uma destinação regulamentada e eficaz para plásticos descartados e pneus inservíveis / Abstract: The study of alternative fuel materials in the Blast Furnace 1 of ArcelorMittal Tubarão, establishes a rate of each material analyzed, waste plastics packaging and waste tires, in order to replace part of the pulverized coal that is usually injected in to the Blast Furnace through the tuyeres. The injection rate of waste plastic packaging and waste tires is analyzed considering the energy input and the necessary elements for the iron ore reduction chemical reaction. The mass and energy balance is done according to the operational configuration of the Blast Furnace 1 in the second semester of 2009 and operation data from July of 2009. The result of the study shows technical viability to use waste plastics packaging and waste tires and establish requirements for the injection, such as flow rate and particles size. The alternative energy provided from these waste materials builds a safety and controlled way to reach the best utilization for each one. Moreover, the environmental impact can be reduced due to its disposal is normally done in outdoor areas / Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Coorientador: João Andrade de Carvalho Junior / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Ricardo Dias Martins de Carvalho / Mestre

Orientador: João Andrade de Carvalho Júnior / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Pedro Teixeira Lacava / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo da queima de material combustível sólido injetado nas ventaneiras de um alto forno. O estudo é baseado na queima de carvões minerais e misturas considerando as reações de combustão, os parâmetros da qualidade do carvão (teor em material volátil, cinzas, carbono e oxigênio) e a análise micro-estrutural dos resíduos gerados após a queima no simulador de combustão, montado no centro de pesquisas da Companhia Siderurgica Nacional. Foi avaliada a taxa de reação do carbono dos carvões e misturas queimadas em uma termo balança. Ficou confirmado no estudo que a taxa de substituição do coque metalúrgico pelo carvão queimado no alto forno é influenciada pela eficiência de queima e que, por sua vez, é significativamente dependente das suas propriedades e das condições operacionais do alto forno. Através dos resultados obtidos ficou comprovado que os carvões com alto teor em matéria volátil queimam com maior eficiência quando comparados com os carvões de médio e baixo voláteis, porém devido ao menor teor em carbono, a sua taxa de substituição foi menor quando comparada com os carvões baixo e médio voláteis. Os carvões com maior eficiência de queima e reatividade apresentaram menor taxa de substituição nos altos fornos, quando comparados com as misturas. A análise micro-estrutural realizada nos carvões e misturas confirmou a maior eficiência de queima nos carvões mais reativos. Quanto ao coque verde de petróleo, este se mostrou de baixa eficiência de queima; porém, quando misturado a carvões de elevada reatividade, o mesmo apresentou uma eficiência de queima significativamente maior. Os resultados tanto de qualidade de ferro gusa quanto da redução de consumo de combustível nos altos fornos foram satisfatórios quando se injetou a mistura com 50% de participação. / Abstract: This work presents a study on combustion of solid fuel injected in blast furnace tuyeres. The study is based on the combustion of mineral coals and blends considering the combustion reactions, the coal quality parameters (volatile matter, ash, carbon and oxygen content) and the micro structural analysis of the residues generated after coals and blends be burned it in the simulator, set up in the National Steel Company research center. The reaction rates of carbon for the coals and blends burned in a thermo balance were evaluated. It was confirmed in the study that the rate of coke replacement for the coal burned in the blast furnace is strongly influenced by the combustion efficiency, which is significantly dependent on properties and on operational conditions of the furnace. It was proven, with the obtained results, that the high volatile coals burn with higher efficiency when compared to medium and low volatile coals, but due to the lower carbon content, its replacement rate was lower when compared with low and medium volatile coals. The coals with larger combustion efficiency and reactivity presented lower replacement rates in the blast furnace, when compared with the coal blend. Micro structural analysis conducted in the coals and blends confirmed higher combustion efficiencies in more reactive coals. In relation to the green petroleum coke, it presented low combustion efficiences. However, when mixed with high volatile and high reactivity coals, its combustion efficiency was significantly increased. The results relative to the quality of the hot metal and to the reduction of fuel consumption in the blast furnace, when the blend had injected with 50% of the petroleum coke, were satisfactory. / Mestre