Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Térmica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Eduardo Baptista Maldonado

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Flávia Renata Santos Gasparotto (flavia.gasparotto@gmail.com) on 2014-08-20T14:57:35Z No. of bitstreams: 1 2013_ViniciusCarvalhaes.pdf: 1910194 bytes, checksum: 44ebfb5d3dfb15c01f0d914bb166f0b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-08-21T14:00:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_ViniciusCarvalhaes.pdf: 1910194 bytes, checksum: 44ebfb5d3dfb15c01f0d914bb166f0b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-21T14:00:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_ViniciusCarvalhaes.pdf: 1910194 bytes, checksum: 44ebfb5d3dfb15c01f0d914bb166f0b0 (MD5) / Este trabalho teve por objetivo analisar a viabilidade de utilização dos resíduos sólidos urbanos (RSU) do Distrito Federal, Brasil como combustível em um processo termoquímico de gaseificação. Para tanto, foi utilizado um software de simulação do equilíbrio químico para verificar a composição do gás proveniente da gaseificação e o balanço energético do processo. Com os dados do gás produzido foi possível calcular a potência elétrica gerada em um ciclo Rankine. As simulações foram realizadas variando o teor de umidade do resíduo do DF. Os cálculos mostraram que para a condição de 18,4% de teor de umidade o gás produzido no processo resulta em uma potência térmica de 1113 kW e eficiência de gás frio do processo termoquímico foi de 70,2%. Este gás, quando convertido em energia elétrica por um ciclo Rankine, apresentou 260 kW de potência elétrica. Uma análise experimental de conversão de RSU em gás foi realizada utilizando um gaseificador de leito fixo do tipo contracorrente, possuindo resultados qualitativos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study aimed to examine the feasibility of using municipal solid waste (MSW) in the Distrito Federal, Brazil as fuel in a thermochemical gasification process. A simulation of chemical equilibrium was conducted in order to verify the gas composition and energy balance of the process. The electric power generated in a Rankine Cycle by the produced gas was calculated. The simulations were performed varying the moisture content of the residue of DF. The calculus for a fuel condition of 18.4 % moisture content showed that thermal power was 1113 kW and cold gas efficiency is 70.2 %. The result of the conversion calculus of this gas into electrical energy was 260 kW of electric power. Na experimental was conducted to study the MSW conversion using an updraft gasifier resulting in a qualitative analysis.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-10-18T18:24:45Z No. of bitstreams: 1 2018_GeraldoCesarZambrzycki.pdf: 2492469 bytes, checksum: ec726d0ff83596691c19bf4dab33ed6b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-10-18T18:25:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_GeraldoCesarZambrzycki.pdf: 2492469 bytes, checksum: ec726d0ff83596691c19bf4dab33ed6b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T18:25:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_GeraldoCesarZambrzycki.pdf: 2492469 bytes, checksum: ec726d0ff83596691c19bf4dab33ed6b (MD5) Previous issue date: 2018-10-18 / A energia é um insumo de uso generalizado na economia mundial. Assim, a sua indisponibilidade pode produzir efeitos econômicos adversos de longo prazo. A carência relativa à disponibilidade de energia pode ser proveniente da falta de planejamento e investimento direcionados ao setor e, em um futuro próximo, da dificuldade em obter novas fontes renováveis de energia. A biomassa é uma das fontes de energia renovável facilmente disponível, que podem ser convertidas em algumas formas úteis de energia através de diferentes processos; entre eles, a tecnologia da combustão é um método particularmente eficiente. A utilização de resíduos florestais e agrícolas para a produção de energia apresenta múltiplos benefícios, mas a ligação entre a bioenergia e o ambiente é complexa e nem todas as opções energéticas têm os mesmos impactos. No Brasil, se tem disponível uma grande quantidade de biomassas que podem ser alternativas para produção de combustíveis, porém, a sua caracterização deve ser baseada em seu uso e apresentar elementos que auxiliem na compreensão das propriedades determinantes, inerentes a cada biomassa. Portanto, o objetivo principal deste estudo foi o de determinar a produtividade energética dos resíduos agroflorestais do cerrado, da cultura do milho, da eucaliptocultura, do capim Tanzânia e da bananicultura, para produção de energia através do ciclo de Rankine. Foram realizadas análises físico-químicas das matérias-primas in natura e pastilhada, principalmente para avaliar o poder calorífico das amostras, sendo as análises realizadas de acordo com as normas da ABNT. Os resultados das análises foram submetidos à análise de variância e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey (significância de 5 %). Dessa forma, os resultados pesquisados evidenciaram que a biomassa residual da eucaliptocultura apresentou a melhor produtividade energética (21,95 GJ ha-1), quando comparado com as demais matérias-primas estudadas. / Energy is an input of widespread use in the world economy. Thus, their unavailability can produce long-term adverse economic effects. The lack of energy availability can be derived from the shortage of planning and investment aimed at the sector and, in the near future, the difficulty in obtaining new renewable energy sources. Biomass is one of the easily available renewable energy sources, which can be converted into some useful forms of energy through different processes; among them, combustion technology is a particularly efficient method. The use of forest and agricultural waste for energy production presents multiple benefits, but the link between bioenergy and the environment is complex and not all energy options have the same impacts. In Brazil, a large number of biomasses are available which may be alternatives to fuel production, but their characterization must be based on their use and present elements that assist in understanding the determining properties, inherent in each biomass. Therefore, the main objective of this study was to determine the energy productivity of the agroforestry residues of the cerrado, the maize culture, the Eucalyptus culture, the Tanzania grass and the banana culture, for energy production through the Rankine cycle. Physico-chemical analyses of raw materials in Natura and lozenges were carried out, mainly to evaluate the calorific value of the samples, and the analyses carried out according to ABNT standards. The results of the analysis were submitted to the analysis of variance and the averages were compared by the Tukey test (significance of 5%). Thus, the results researched showed that the residual biomass of Eucaliptocultura presented the best energy productivity (21.95 GJ ha-1), when compared with the other raw materials studied.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-11-30T12:57:36Z No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T13:21:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ClaudioOrlandoAdasmeCorvalán.pdf: 10557546 bytes, checksum: 3f29a947e2c52e16174540dc13d600c1 (MD5) Previous issue date: 2018-01-25 / O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo numérico de um sistema de armazenamento de energia térmica (TES), consistiu num meio do tipo poroso que armazena energia em forma de calor sensível. O modelo proposto considera um sistema de duas equações diferenciais, que definem o balanço de energia das duas fases envolvidas, o fluido de transferência e o sólido poroso. Estas duas equações estão inter-relacionadas pela transferência de calor por convecção. Para definir alguns parâmetros do modelo matemático, foram realizadas simulações 3D numéricas por médio de um software da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). As simulações estacionárias consideraram variados comprimentos do meio poroso, como resultado, uma correlação empírica entre os números de Nusselt, Reynolds e Prandtl foi proposta. Os resultados do modelo e das simulações mostraram uma boa concordância, tanto na temperatura de saída do fluido, como na energia térmica armazenada no sólido. Em seguida, usando o modelo proposto, foram estudados os ciclos de carga e descarga do sistema para avaliar a sua evolução termodinâmica. Depois de alguns ciclos, o sistema de armazenamento chegou a um estabilidade térmica, mantendo estável os perfis de temperatura das fases no fim de cada processo de carga e descarga térmica. As curvas de eficiências em função dos parâmetros do comprimento e fluxo foram também elaboradas. Os resultados das analises anteriores estiveram dentro do esperado para este tipo de sistema, mostrando assim que o modelo proposto pode ser uma ferramenta útil e rápida para a analise operacional de este tipo de sistemas. / This work presents the results of a numerical modelling of a thermal energy storage system (TES). The storage media was defined as a solid honeycomb porous media for the storage of sensible heat. An air-solid two equation lumped model to the porous medium was formulated and solved numerically. In order to obtain the convective heat transfer coefficient, several 3D simulations in CFD software were performed considering different lengths for the storage medium. As result, an empirical Nusselt Reynolds correlation was proposed, this correlation, in conjunction with the proposed model, was validated with simulations performed in transient and steady state, showing a good agreement. Hence, using the model proposed, charge and discharge cycles were performed to evaluate the total energy storage and the outlet fluid temperature. Cycle stability was reached after several continuous cycles and efficiency curves as a function of length and mass flux were elaborated. These continuous operation results were in line with other works reported, proving that the proposed model can be a useful tool that it’s capable to perform complete operational cycles with a relative faster simulation time.

Submitted by FERNANDA DA SILVA VON PORSTER (fdsvporster@univates.br) on 2016-09-06T18:13:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2015FernandaTeresaMoro.pdf: 2804177 bytes, checksum: 549dc132662480a869a9d59252491351 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2016-09-12T17:46:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2015FernandaTeresaMoro.pdf: 2804177 bytes, checksum: 549dc132662480a869a9d59252491351 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T17:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2015FernandaTeresaMoro.pdf: 2804177 bytes, checksum: 549dc132662480a869a9d59252491351 (MD5) Previous issue date: 2016-09 / Esta dissertação aborda a utilização de atividades experimentais vinculadas às simulações computacionais como recurso para a aprendizagem significativa da transferência de energia térmica. O problema que embasou a pesquisa foi: Quais as implicações da integração das atividades experimentais e simulações computacionais na aprendizagem significativa dos estudantes no conteúdo de transferência de energia térmica? O estudo foi realizado em uma escola privada do município de Erechim, Rio Grande do Sul, tendo, como participantes, trinta e cinco estudantes do 2º ano do Ensino Médio. Os objetivos específicos elencados para esta pesquisa foram: Verificar os conhecimentos prévios dos estudantes relacionados à transferência de energia térmica, bem como suas aplicações em situações do cotidiano; Desenvolver o conteúdo de transferência de energia térmica por meio da integração entre atividades experimentais e simulações computacionais durante as aulas de Física no 2º ano do Ensino Médio; Investigar se as atividades desenvolvidas são potencialmente significativas para a aprendizagem dos alunos sobre elementos importantes da Termologia (formas de propagação da energia térmica). A pesquisa é de natureza qualitativa. Para levantamento dos dados foi utilizado um questionário semiestruturado, questionamentos durante as atividades propostas, além de observações feitas em um diário de campo, fotos, filmagens e, por fim, a elaboração de um mapa conceitual. Os dados analisados apontaram que: a) os estudantes evidenciaram, no questionário semiestruturado dos conhecimentos prévios, antes da intervenção pedagógica, a falta de alguns subsunçores relacionados aos conceitos de propagação da energia térmica, pois não diferenciavam calor e temperatura, o que para muitos significavam sinônimos; b) o material elaborado e proposto nesta prática mostrou ser potencialmente significativo, pois contribuiu para que houvesse modificação, enriquecimento e elaboração de subsunçores presentes nas estruturas cognitivas de alguns alunos, possibilitando a verificação dos fenômenos que muitas vezes são observados no cotidiano, bem como a diferenciação entre as três formas de transferência de energia térmica e, a existência concomitante delas; c) os estudantes, diante da proposta apresentada, estavam motivados e predispostos para trabalhar com as atividades experimentais e as simulações, realizando estas com entusiasmo e demonstrando interesse, favorecendo a ocorrência da aprendizagem significativa; d) a elaboração dos mapas conceituais e sua apresentação (ao término das atividades propostas) evidenciaram alterações nos subsunçores dos estudantes, bem como apontaram que as atividades experimentais vinculadas às simulações computacionais podem ser uma ferramenta para auxiliar na aprendizagem de alguns conceitos de transferência de energia térmica. / This essay approaches the application of experimental activities linked with computational simulations as a resource for the significant knowledge of the thermal energy transfer. The problem in which the research was based on was: what are the implications at the integration of experimental activities and computational simulations for the students significant learning at the subject of thermal energy transfer? The study was settled in a private school from the city of Erechim, Rio Grande do Sul, having as participants thirty five students from the second year of high school. The specific aims listed for this research were: to check previous knowledge from the students, related to thermal energy transfer, as well as its applications in daily situations; to develop the subject of thermal energy transfer by the integration between the experimental activities and computational simulations during the second year‟s high school Physics classes; to investigate whether the developed activities are potentially significant for students‟ well learning about main points of Thermology (ways of thermal energy propagation). The research has a qualitative nature. For data collection, a semi structured questionnaire was used, as well as questions during the proposed activities, besides observations done in a field diary, photographs, filming, and, in the final analysis, the elaboration of a conceptual map. The data analysis inferred that: a) students realized,at the semistructured questionary of previous knowledge before pedagogical intervention, the lack of some subsumers related to the concepts of thermal energy transfer, since they had not distinguished heat from temperature, what for the most of students, they were synonyms; b) the material created and proposed in this practice turned to be potentially significant, because it has contributed to have modification, enrichment and elaboration of subsumers presented in students‟ cognitive structures, providing the verification of phenomena which mostly were observed in daily life, as well as the differentiation among the three forms of thermal energy transfer and their concomitant existence; c) students, in face of the required proposal, showed to be motivated and predisposed to work with the experimental activities and simulations, doing it with enthusiasm and showing interest, making the significant learning possible; d) the elaboration of the field maps and its presentation have evidenced changings in students‟ subsumers, as well as it has pointed that experimental activities combined with computational simulations can be a tool to help the learning of some concepts of thermal energy transfer.

Esse trabalho apresenta a análise energética e termo econômico comparativo para sistemas de cogeração, utilizando o gás natural, projetados para uma indústria de laticínios na Colômbia. Esses sistemas devem produzir as seguintes utilidades para os processos da planta: vapor, água gelada, ar comprimido, eletricidade, água de torre de resfriamento e água potável. Estas comparações desenvolvem-se para dois cenários: no primeiro os sistemas geram as utilidades somete para a planta e no segundo os sistemas exportam também os excedentes de eletricidade. Os sistemas de cogeração são: um ciclo de vapor com turbina a vapor de condensação e extração de vapor, um sistema baseado em uma turbina num motor a gás. Na análise termo econômica, utilizam-se os métodos de alocação de custos da igualdade e da extração para determinar os custos de produção das utilidades para cada processo na planta, na condição operacional original da planta, e para cada um dos cenários operacionais considerados das plantas de cogeração com três preços do gás natural: 2,5, 3,5 e 4,5 US$/MMBtu. Esta comparação indica a viabilidade dos sistemas de cogeração para cada cenário de produção. Os resultados demonstram que somente o sistema baseado na turbina a gás com o gás a 2,5 US$/MMBtu é economicamente viável. Recomenda-se que este sistema seja considerado na implementação da cogeração na indústria colombiana de laticínios. Com o gás ao preço atual de 4,5 US$/MMBtu, nenhum dos sistemas é economicamente viável. A sua atratividade poderia ser derivada do seu valor estratégico e da redução do impacto ambiental provocado pela operação da planta de utilidade. Se 90% do setor de laticínios implementasse a cogeração, seria possível liberar 5,81 MW para serem utilizados em outros tipos de usos finais no país. Com a venda de excedentes de eletricidade o benefício seria maior ainda. / This work presents the comparative energy and thermo economic analysis of cogeneration system, utilizing natural gas, designed for a dairy industry in Colombia. These systems must produce the following utilities for the processes of the plant: steam, chilled water, compressed air, electricity, cooling tower water and potable water. These comparisons are developed for two scenarios: in the first one the systems generate the utilities only for the plant and in the second one the systems also export electricity. The cogeneration systems are a steam cycle with extraction/ condensation steam turbine, a gas turbine based system and engine based system. In the thermo economic analysis the equality and extraction cost partition methods are utilized in order to determine the production cost of the utilities for each process in the plant, in the original operating condition of the plant, and each of the considered operating scenarios of the cogeneration plants with gas at 2,5, 3,5 and 4,5 US$/MMBtu. This comparison indicates the feasibility of the cogeneration systems for each production scenario. The results show that only the gas turbine based system with gas at 2,5 US$/MMBtu is economically feasible. Consideration of this system for the use cogeneration in the Colombian dairy industry is recommended. With the present price of 4,5 US$/MMBtu for natural gas, none of the systems is economically feasible. Its attractiveness could derive from its strategic value and from reduction of the environmental impact caused by the utilities plant operation. With 90% of the dairy industry implementing cogeneration, it would be possible to liberate 5,81 MW for utilization in the other final uses in the country. With the sale of the electricity surplus, the benefit would be even greater.

Estágio realizado na Unidade Local de Saúde de Matosinhos, EPE (Hospital Pedro Hispano), e orientado pelo Eng. Pedro Machado / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998