Métodos convencionais para o estudo da combustão são geralmente métodos intrusivos (por exemplo, uso de termopares para medida da temperatura da chama), que acarretam distúrbios na queima (efeitos térmicos, catalíticos ou aerodinâmicos). As técnicas de diagnóstico utilizando lasers, além de serem não intrusivas, possuem uma alta resolução temporal e espacial que permite mapear a zona de combustão e identificar em cada ponto da chama os diversos estados em que se formam os radicais transientes. Neste trabalho foi estabelecida a técnica de fluorescência induzida por laser, LIF - \"Laser Induced Fluorescence\" - do radical OH para a determinação da temperatura em chamas de etanol/Oxigênio/ar. Esta técnica é bastante utilizada em outros países, mas no Brasil é inédita. Para o início dos estudos, foi construído um queimador para queima de combustíveis líquidos, produzindo chamas pré-misturadas. Foram testados esquemas de emissão de LIF (309,5 nm-311,5 nm) e de excitação de LIF, esta em duas regiões de absorção do radical OH A2\'sigma\'\'seta\'X2 \'pi\' (0,0) (303 nm e 309 nm) e A2\'sigma\'seta\'X2\'pi\'(1,0) (278 nm - 280 nm). Os melhores resultados foram obtidos pelo método de excitação de LIF na região das transições S21(1) - S21(13) da banda A2\'sigma\'X2\'pi\' (1,0), utilizando o gráfico de Boltzmann. Foram feitas medições em chamas de etanol em várias posições ao longo do seu eixo longitudinal, acima do queimador, e para vazões com razões de equivalência =1,0 = 1,4 e = 0,82. Os resultados foram comparados com os obtidos pela técnica da linha reversa utilizando um sal de sódio e apresentaram dados concordantes dentro dos erros experimentais. As temperaturas obtidas ao longo de 55 mm da chama de etanol variaram de 2008 K +- 40 K a 2246 K +- 90 K para razão de equivalência = 0,82; de 2198 K +- 65 K a 2295 K +- 127 K para razão de equivalência = 1,0 e de 1905 K +- 64 K a 2238 K +- 155 K para razão de equivalência = 1,4. Chamas de GLP também foram estudadas em 3 posições ao longo de 15 mm da chama com razões de equivalência, 1,0; 1,5 e 0,87. As temperaturas variaram de 2423 K +- 102 K a 2622 K +- 106 K para razão de equivalência = 0,87; de 2441 K +- 110 K a 2631 K +- 100 K para razão de equivalência = 1,0 e de 2403 K +- 109 K a 2605 K +- 124 K para razão de equivalência = 1,5. O presente estudo mostrou que a técnica de LIF é adequada para o mapeamento da temperatura de chamas, tanto de combustíveis gasosos quanto líquidos. As temperaturas obtidas apresentaram um desvio experimental menor do que 8 %. / Conventional methods for the study of combustion are usually intrusive methods (for example, the use of thermocouples to measure flame temperatures), which might disturb the burning process (thermal, catalytic or aerodynamic effects). The diagnostics techniques using lasers, in addition to being non-intrusive, have high temporal and spatial resolution. They allow the “mapping" of in which the combustion zone and the identification, at each point of the flame, the various states in which the transient radicals are formed. In this work, the technique of Laser Induced Fluorescence (LIF) was used. This technique is based on the spectral emission from the OH radical species for the determination of the temperature in ethanol/oxigênio/air flames. This technique is largely employed in other countries, but in Brazil it has not been employed to study combustion processes. In the first step of our studies, a liquid fuel burner was constructed, producing premixed flames. Experimental setups for LIF emission (309,5 nm - 311,5 nm) and excitation, in two regions of the OH radical absorption spectrum A-X (0,0) (303 nm and 309 nm) and A-X (1,0) (278 nm - 280 nm) were tested. The best results were obtained by excitation in the region of the transitions S21(1) - S21(13) of the A-X (1,0) band, using the plot of Boltzmann. Measurements in ethanol flames at different positions along the burner vertical axis were obtained, and for flowsrates with equivalence ratios 1.0; 1.4 and 0.82. The results were compared with those obtained with the sodium line-reversal technique and agree within the experimental error values. The temperature values measured throughout a 55 mm distance above the burner in the ethanol flame varied from 2008 K ± 40 K to 2246 K ± 90 K for equivalence ratio 0.82; from 2198 K ± 65 K to 2295 K ± 127 K for equivalence ratio 1.0 and from 1905 64 K ± to 2238 K ± 155 K for equivalence ratio 1.4. Mixture of propane/butane flames were also studied in three positions throughout a 15 mm distance above the burner for equivalence ratios,equivalence ratio 1.0 equivalence ratio = 1.5 and equivalence ratio 0.87. The temperatures measured varied from 2423 K ± 102 K to 2622 K ± 106 K for equivalence ratio 0.87; from 2441 K ± 110 K to 2631 K ± 100 K for equivalence ratio 1.0 and from 2403 K ±109 K to 2605 K ±124 K for equivalence ratio 1.5. The present study shows that the LIF technique is suitable for “mapping" flame temperatures of gaseous as well as liquid. The temperatures measured showed experimental deviations lower than 8 %.

Métodos convencionais para o estudo da combustão são geralmente métodos intrusivos (por exemplo, uso de termopares para medida da temperatura da chama), que acarretam distúrbios na queima (efeitos térmicos, catalíticos ou aerodinâmicos). As técnicas de diagnóstico utilizando lasers, além de serem não intrusivas, possuem uma alta resolução temporal e espacial que permite mapear a zona de combustão e identificar em cada ponto da chama os diversos estados em que se formam os radicais transientes. Neste trabalho foi estabelecida a técnica de fluorescência induzida por laser, LIF - \"Laser Induced Fluorescence\" - do radical OH para a determinação da temperatura em chamas de etanol/Oxigênio/ar. Esta técnica é bastante utilizada em outros países, mas no Brasil é inédita. Para o início dos estudos, foi construído um queimador para queima de combustíveis líquidos, produzindo chamas pré-misturadas. Foram testados esquemas de emissão de LIF (309,5 nm-311,5 nm) e de excitação de LIF, esta em duas regiões de absorção do radical OH A2\'sigma\'\'seta\'X2 \'pi\' (0,0) (303 nm e 309 nm) e A2\'sigma\'seta\'X2\'pi\'(1,0) (278 nm - 280 nm). Os melhores resultados foram obtidos pelo método de excitação de LIF na região das transições S21(1) - S21(13) da banda A2\'sigma\'X2\'pi\' (1,0), utilizando o gráfico de Boltzmann. Foram feitas medições em chamas de etanol em várias posições ao longo do seu eixo longitudinal, acima do queimador, e para vazões com razões de equivalência =1,0 = 1,4 e = 0,82. Os resultados foram comparados com os obtidos pela técnica da linha reversa utilizando um sal de sódio e apresentaram dados concordantes dentro dos erros experimentais. As temperaturas obtidas ao longo de 55 mm da chama de etanol variaram de 2008 K +- 40 K a 2246 K +- 90 K para razão de equivalência = 0,82; de 2198 K +- 65 K a 2295 K +- 127 K para razão de equivalência = 1,0 e de 1905 K +- 64 K a 2238 K +- 155 K para razão de equivalência = 1,4. Chamas de GLP também foram estudadas em 3 posições ao longo de 15 mm da chama com razões de equivalência, 1,0; 1,5 e 0,87. As temperaturas variaram de 2423 K +- 102 K a 2622 K +- 106 K para razão de equivalência = 0,87; de 2441 K +- 110 K a 2631 K +- 100 K para razão de equivalência = 1,0 e de 2403 K +- 109 K a 2605 K +- 124 K para razão de equivalência = 1,5. O presente estudo mostrou que a técnica de LIF é adequada para o mapeamento da temperatura de chamas, tanto de combustíveis gasosos quanto líquidos. As temperaturas obtidas apresentaram um desvio experimental menor do que 8 %. / Conventional methods for the study of combustion are usually intrusive methods (for example, the use of thermocouples to measure flame temperatures), which might disturb the burning process (thermal, catalytic or aerodynamic effects). The diagnostics techniques using lasers, in addition to being non-intrusive, have high temporal and spatial resolution. They allow the “mapping” of in which the combustion zone and the identification, at each point of the flame, the various states in which the transient radicals are formed. In this work, the technique of Laser Induced Fluorescence (LIF) was used. This technique is based on the spectral emission from the OH radical species for the determination of the temperature in ethanol/oxigênio/air flames. This technique is largely employed in other countries, but in Brazil it has not been employed to study combustion processes. In the first step of our studies, a liquid fuel burner was constructed, producing premixed flames. Experimental setups for LIF emission (309,5 nm - 311,5 nm) and excitation, in two regions of the OH radical absorption spectrum A-X (0,0) (303 nm and 309 nm) and A-X (1,0) (278 nm - 280 nm) were tested. The best results were obtained by excitation in the region of the transitions S21(1) - S21(13) of the A-X (1,0) band, using the plot of Boltzmann. Measurements in ethanol flames at different positions along the burner vertical axis were obtained, and for flowsrates with equivalence ratios 1.0; 1.4 and 0.82. The results were compared with those obtained with the sodium line-reversal technique and agree within the experimental error values. The temperature values measured throughout a 55 mm distance above the burner in the ethanol flame varied from 2008 K ± 40 K to 2246 K ± 90 K for equivalence ratio 0.82; from 2198 K ± 65 K to 2295 K ± 127 K for equivalence ratio 1.0 and from 1905 64 K ± to 2238 K ± 155 K for equivalence ratio 1.4. Mixture of propane/butane flames were also studied in three positions throughout a 15 mm distance above the burner for equivalence ratios,equivalence ratio 1.0 equivalence ratio = 1.5 and equivalence ratio 0.87. The temperatures measured varied from 2423 K ± 102 K to 2622 K ± 106 K for equivalence ratio 0.87; from 2441 K ± 110 K to 2631 K ± 100 K for equivalence ratio 1.0 and from 2403 K ±109 K to 2605 K ±124 K for equivalence ratio 1.5. The present study shows that the LIF technique is suitable for “mapping” flame temperatures of gaseous as well as liquid. The temperatures measured showed experimental deviations lower than 8 %.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 celiamara.pdf: 1566129 bytes, checksum: 2e28de921736868a8a537a38f3f5b6fb (MD5) Previous issue date: 2007-07-30 / Soil organic matter is essential for its quality and productivity, being its process of humification affected by the climate, soil type and soil management, resulting in the formation of fluorescent groups that can be measured through Laser- Induced Fluorescence Spectroscopy, a recent technique that has been showing efficient for analysis of whole soil, that is, soil without any physical or chemical treatment. This technique was used to determine the humification degree of the Organic Matter of a whole soil, as well as the physical fraction for particle size. It can also be used to relate the results of the quantification of the humification organic matter with the depth of the soil and planting systems. On the surface of the soil, No-Tillage got the smallest humification in comparison with the conventional tillage and the reduced tillage, whereas the fractions of the superficial layer of the soil (0-20 cm), indicated larger humification in the fraction (20-53) and the smallest in the fraction (2 ), in all treatments. / RESUMO A matéria orgânica é essencial para a qualidade e produtividade do solo, sendo seu processo de humificação afetado pelo clima, tipo de solo e sistemas de manejo do solo, resultando na formação de grupos fluorescentes que podem ser avaliados por espectroscopia de Fluorescência Induzida por Laser (FIL), uma técnica recente que tem se mostrado eficiente para análise da matéria orgânica (MO) de solos inteiros, isto é, solos sem nenhum tratamento físico ou químico. Esta técnica foi utilizada para determinar a humificação da MO de um Latossolo inteiro, como também o fracionamento físico por tamanho de partículas e relacionar os resultados da quantificação da MO humificada com a profundidade do solo e sistemas de manejo. Na superfície do solo, o plantio direto possui a menor humificação em comparação com o preparo convencional e o preparo mínimo, enquanto que as frações da camada superficial do solo (0-20 cm) indicaram maior humificação na fração (20-53) e a menor na fração (2 ), em todos os sistemas de manejo.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T14:35:12Z No. of bitstreams: 1 Yuji Watanabe.pdf: 3696013 bytes, checksum: 64d732d452c08c675e78db3f991bf851 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T14:35:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yuji Watanabe.pdf: 3696013 bytes, checksum: 64d732d452c08c675e78db3f991bf851 (MD5) Previous issue date: 2002 / Este trabalho é constituído de três etapas, a saber: · planejamento e construção de um aparato experimental para medidas de fluorescência total (LIF) e depolarização fluorescente (PLF) em sistema de injeção em fluxo (FI); testes operacionais visando otimizar parâmetros experimentais; avaliação fotoquímica/fotofísica da cinética e dinâmica molecular duma reação química em FI. O aparato experimental automatizado é constituído de um sistema de detecção de fluorescência, um sistema FI e um sistema ótico. Permite a aquisição com alta resolução espacial (20mm) de perfis de distribuição de concentração (LIF) e de orientação molecular vertical e horizontal (PLF) em função do tempo de transporte do fluxo. Os perfis interpolados em mapas bidimensionais fornecem informações sobre a cinética e a dinâmica molecular dos processos de dispersão axial e radial de amostras em fluxo carregador. Foram medidas tensões interfaciais estáticas, pelo método do ângulo de contato, para escolher a constituição química do percurso analítico e minimizar a sua influência na cinética e na dinâmica molecular de dispersão. Foi determinada a influência da aceleração gravitacional e do número de injeções por período de amostragem, dentre outros parâmetros usuais, no processo de dispersão.Observou-se a existência de padrões de dispersão diferenciados para a Rodamina B (RB) a depender da sua orientação espacial. Isto foi atribuído ao grupo benzóico perpendicular ao grupo xantênico e comprovado pela utilização da Rodamina 6G (R6G) sob as mesmas condições. A contribuição da cinética e da dinâmica moleculares de dispersão no rendimento de uma reaçãoquímica em fluxo foi avaliado com adição de Ca(II), um agente supressor da fluorescência da RB. / Salvador

Orientador: Hung Kiang Chang / Resumo: O presente estudo explora a avaliação da distribuição de Light Non-Aqueous Phase Liquid (LNAPL) trapeado na zona saturada empregando a técnica de fluorescência induzida por laser (Laser-Induced Fluorescence – LIF). A área de estudo está localizada no município de Paulínia e tem sido investigada para contaminação por Querosene de Aviação (QAV) desde 2002. O equipamento Ultra-Violet Optical Screening Tool (UVOST®) foi utilizado por possuir a capacidade de detectar moléculas de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (PAH) presentes no LNAPL. Foram realizados um teste piloto de bancada e 21 ensaios de perfilagem LIF em campo, incluindo monitoramento de nível d’água (NA) e nível de óleo (NO) sobrenadante em poços existentes. A perfilagem LIF foi empregada para definir com precisão a extensão lateral do LNAPL, bem como sua tipologia. Além disso, a integração de resultados de fluorescência, oscilação sazonal do NA, espessura de QAV e concentração de naftaleno conduziu para um entendimento mais claro da migração lateral e vertical do LNAPL em subsuperfície. Elevadas intensidades de fluorescência relacionadas ao QAV foram detectadas abaixo do NA na situação de descida do LNAPL em períodos de NA baixo, revelando migrações verticais pretéritas, e correspondem à presença de fase livre nesses períodos, previamente registradas em poços de monitoramento. Análises estatísticas dos quatro canais distintos (comprimentos de onda de 350 nm, 400 nm, 450 nm e 500 nm) mostraram forte correlação en... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present study explores the distribution evaluation of Light Non-Aqueous Phase Liquid (LNAPL) trapped in the saturated zone using Laser-Induced Fluorescence (LIF) technique. The study site is located in the Paulínia municipality and has been investigated for jet fuel contamination since 2002. Ultra-Violet Optical Screening Tool (UVOST®) was used for its capability in detecting Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) molecules present in LNAPL. One pilot test and 21 LIF profiling tests were carried out in the field, including water table (WT) and floating oil level (OL) monitoring in existing wells. LIF profiling was employed to accurately define the lateral extension of weathered LNAPL, as well as its typology. In addiction, the integration of fluorescence results, seasonal fluctuation of WT, jet fuel thickness and naphthalene concentration led to a clear understanding of lateral and vertical migration of the LNAPL in the subsurface. High fluorescence intensities related to the jet fuel were detected below the WT in the situation of falling LNAPL in low WT season, revealing past vertical migration, and these correspond to the presence of free phase in periods of low WT, previously registered in monitoring wells. Statistical analysis of the four distinct channels (wavelength of 350 nm, 400 nm, 450 nm and 500 nm) showed correlation between the referred wavelengths in the presence of the contaminant, allowing differentiating with better refinement the horizons with the presence... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

E consenso que o crescente consumo de combustíveis fósseis na geração de potencia tem provocado uma maior degradação do meio ambiente. Para mitigar os efeitos adversos desse consumo, novas fontes e usos sustentáveis de energia são necessários. O uso de etanol na atual geração de motores de combustão interna demanda informações detalhadas sobre os processos de nebulização, evaporação, mistura e combustão das gotas desse combustível. Adicionalmente, novas estratégias de injeção de combustível em MCIs com injeção direta estão em desenvolvimento, como a injeção estraticada. Essa estratégia consiste na injeção de combustível em elevadas frequências durante as etapas de admissão e combustão do ciclo motor. Neste trabalho, técnicas avançadas de diagnostico a laser são utilizadas para analisar a inuência da frequência de injeção de combustível no processo de combustão de sprays pulsados de etanol, em que as chamas resultantes são estabilizadas por um swirler. A técnica de interferometria por efeito Doppler (PDI) foi utilizada para medir o diâmetro e a componente axial da velocidade das gotas. O campo de velocidades do escoamento de ar foi avaliado pela técnica de velocimetria por imagens de partículas (PIV) em duas taxas de aquisição (7,4 Hz e 2.000 Hz) para avaliar tanto valores médios quanto rastrear estruturas coerentes no escoamento. O mesmo sistema PIV foi utilizado para identificar a posição de aglomerados de gotas pela técnica de espalhamento Mie ao longo de eventos individuais de injeção. Já a técnica de uorescência induzida por laser do radical hidroxila (LIF-OH) foi utilizada com taxa de aquisição de 4.700 Hz para rastrear a região com presença deste radical próximo ao queimador utilizado. Imagens da luminescência química espontânea foram obtidas para observar características globais das chamas. O queimador, posicionado em um ambiente aberto, e composto por um dispositivo swirler e um injetor automotivo. As frequências de injeção de 100 Hz, 250 Hz e 400 Hz foram escolhidas para as análises por produzirem chamas com características que variam desde uma chama estável e ancorada ao queimador até o comportamento similar a uma chama suspensa e instável. Etanol anidro líquido foi utilizado como combustível e fornecido ao injetor a pressão e vazão constantes para todos os casos. Os resultados indicaram que a variação na frequência de injeção produziu sprays com diferentes densidades. A menor frequência de injeção produziu um spray com maior densidade, em que as gotas formaram um aglomerado pouco sensível ao escoamento de ar na linha de centro do queimador. Esse aglomerado produz uma chama ancorada ao queimador com formato alongado e estreito. Já a maior frequência de injeção produziu um spray com menor densidade, permitindo que a dinâmica das gotas seja mais susceptível ao escoamento de ar. Essa maior inuência do escoamento de ar promoveu uma maior dispersão espacial das gotas e um processo de combustão com maior susceptibilidade a instabilidades locais do escoamento. Essas instabilidades locais foram associadas a passagem periódica de estruturas coerentes do escoamento de ar através da região de reação das chamas, produzindo uma chama com presença intermitente do radical OH e ausência de emissão de luminescência química espontânea próximo a saída do queimador. / The increase in consumption of petroleum-based fuels promotes environmental degradation and, to mitigate the adverse effects of this consumption, new sustainable sources and uses of energy are required. The use of ethanol as an option to conventional fuels on current generation of engines and gas turbines requires detailed information on atomization, evaporation, mixture and combustion processes of ethanol droplets. In addition, new strategies to fuel injection in ICEs are being developed, such as the stratied fuel injection. In this strategy, fuel is injected in higher injection frequencies along the air intake and combustion phases of the engine cycle. In this work, advanced techniques of laser diagnostic are applied to analyze the inuence of fuel injection frequency on the behavior of the combustion process of pulsed ethanol sprays, in which the resulting ames are stabilized by a swirler. The Phase Doppler Interferometry (PDI) technique is applied to measure both diameter and axial velocity of droplets produced by the injector under different conditions of injection frequency. The velocity eld of the airow is evaluated by the Particle Image Velocimetry (PIV) using two repetition rates (7,4 Hz and 2.000 Hz) to evaluated both mean values and to track coherent structures in the ow. The PIV equipment is also used to evaluate the position of droplet groups by Mie scattering during the individual injection events. A high repetition rate (4.700 Hz) Laser Induced Fluorescence of hydroxyl radical (LIF-OH) system is applied to track the region with presence of OH in a vertical plane near the exit of the burner. Images of spontaneous chemical luminescence are acquired to analyze general aspects of the ames. The burner consists on a swirler and an automotive injector and is positioned in an open space with quiescent air. The analyzed injection frequencies are 100 Hz, 250Hz and 400 Hz, presenting characteristics ranging from a stable anchored ame to a lifted-like unstable ame. Liquid anhydrous ethanol is delivered to the injector with constant pressure and ow rate for all cases. Results show different spray densities produced by the change in the injection frequency. The case with lower injection frequency produced higher spray densities, in which the formation of large groups of droplets prevents the inuence of the recirculating airow on droplet dynamics. This case presented an anchored, elongated, narrow and stable ame. The case with higher injection frequency produced lower spray densities, in which droplet dynamics are more susceptible to the velocities of the airow. This inuence of the airow promotes spatial dispersion of droplets, been more prone to instabilities on the local combustion process. These local instabilities are associated to the inuence of periodic coherent structures of the ow passing through the reaction zone, which leads to the intermittent presence of OH and the absence of spontaneous chemical luminescence near the injection plane of the burner.

E consenso que o crescente consumo de combustíveis fósseis na geração de potencia tem provocado uma maior degradação do meio ambiente. Para mitigar os efeitos adversos desse consumo, novas fontes e usos sustentáveis de energia são necessários. O uso de etanol na atual geração de motores de combustão interna demanda informações detalhadas sobre os processos de nebulização, evaporação, mistura e combustão das gotas desse combustível. Adicionalmente, novas estratégias de injeção de combustível em MCIs com injeção direta estão em desenvolvimento, como a injeção estraticada. Essa estratégia consiste na injeção de combustível em elevadas frequências durante as etapas de admissão e combustão do ciclo motor. Neste trabalho, técnicas avançadas de diagnostico a laser são utilizadas para analisar a inuência da frequência de injeção de combustível no processo de combustão de sprays pulsados de etanol, em que as chamas resultantes são estabilizadas por um swirler. A técnica de interferometria por efeito Doppler (PDI) foi utilizada para medir o diâmetro e a componente axial da velocidade das gotas. O campo de velocidades do escoamento de ar foi avaliado pela técnica de velocimetria por imagens de partículas (PIV) em duas taxas de aquisição (7,4 Hz e 2.000 Hz) para avaliar tanto valores médios quanto rastrear estruturas coerentes no escoamento. O mesmo sistema PIV foi utilizado para identificar a posição de aglomerados de gotas pela técnica de espalhamento Mie ao longo de eventos individuais de injeção. Já a técnica de uorescência induzida por laser do radical hidroxila (LIF-OH) foi utilizada com taxa de aquisição de 4.700 Hz para rastrear a região com presença deste radical próximo ao queimador utilizado. Imagens da luminescência química espontânea foram obtidas para observar características globais das chamas. O queimador, posicionado em um ambiente aberto, e composto por um dispositivo swirler e um injetor automotivo. As frequências de injeção de 100 Hz, 250 Hz e 400 Hz foram escolhidas para as análises por produzirem chamas com características que variam desde uma chama estável e ancorada ao queimador até o comportamento similar a uma chama suspensa e instável. Etanol anidro líquido foi utilizado como combustível e fornecido ao injetor a pressão e vazão constantes para todos os casos. Os resultados indicaram que a variação na frequência de injeção produziu sprays com diferentes densidades. A menor frequência de injeção produziu um spray com maior densidade, em que as gotas formaram um aglomerado pouco sensível ao escoamento de ar na linha de centro do queimador. Esse aglomerado produz uma chama ancorada ao queimador com formato alongado e estreito. Já a maior frequência de injeção produziu um spray com menor densidade, permitindo que a dinâmica das gotas seja mais susceptível ao escoamento de ar. Essa maior inuência do escoamento de ar promoveu uma maior dispersão espacial das gotas e um processo de combustão com maior susceptibilidade a instabilidades locais do escoamento. Essas instabilidades locais foram associadas a passagem periódica de estruturas coerentes do escoamento de ar através da região de reação das chamas, produzindo uma chama com presença intermitente do radical OH e ausência de emissão de luminescência química espontânea próximo a saída do queimador. / The increase in consumption of petroleum-based fuels promotes environmental degradation and, to mitigate the adverse effects of this consumption, new sustainable sources and uses of energy are required. The use of ethanol as an option to conventional fuels on current generation of engines and gas turbines requires detailed information on atomization, evaporation, mixture and combustion processes of ethanol droplets. In addition, new strategies to fuel injection in ICEs are being developed, such as the stratied fuel injection. In this strategy, fuel is injected in higher injection frequencies along the air intake and combustion phases of the engine cycle. In this work, advanced techniques of laser diagnostic are applied to analyze the inuence of fuel injection frequency on the behavior of the combustion process of pulsed ethanol sprays, in which the resulting ames are stabilized by a swirler. The Phase Doppler Interferometry (PDI) technique is applied to measure both diameter and axial velocity of droplets produced by the injector under different conditions of injection frequency. The velocity eld of the airow is evaluated by the Particle Image Velocimetry (PIV) using two repetition rates (7,4 Hz and 2.000 Hz) to evaluated both mean values and to track coherent structures in the ow. The PIV equipment is also used to evaluate the position of droplet groups by Mie scattering during the individual injection events. A high repetition rate (4.700 Hz) Laser Induced Fluorescence of hydroxyl radical (LIF-OH) system is applied to track the region with presence of OH in a vertical plane near the exit of the burner. Images of spontaneous chemical luminescence are acquired to analyze general aspects of the ames. The burner consists on a swirler and an automotive injector and is positioned in an open space with quiescent air. The analyzed injection frequencies are 100 Hz, 250Hz and 400 Hz, presenting characteristics ranging from a stable anchored ame to a lifted-like unstable ame. Liquid anhydrous ethanol is delivered to the injector with constant pressure and ow rate for all cases. Results show different spray densities produced by the change in the injection frequency. The case with lower injection frequency produced higher spray densities, in which the formation of large groups of droplets prevents the inuence of the recirculating airow on droplet dynamics. This case presented an anchored, elongated, narrow and stable ame. The case with higher injection frequency produced lower spray densities, in which droplet dynamics are more susceptible to the velocities of the airow. This inuence of the airow promotes spatial dispersion of droplets, been more prone to instabilities on the local combustion process. These local instabilities are associated to the inuence of periodic coherent structures of the ow passing through the reaction zone, which leads to the intermittent presence of OH and the absence of spontaneous chemical luminescence near the injection plane of the burner.

Os sistemas de análises em fluxo com multi-impulsão (MP) empregam bombas solenóides como unidade propulsora de fluidos, as quais proporcionam um fluxo pulsante. Esta característica foi avaliada em função do funcionamento, operação e desempenho do sistema, das condições de mistura entre as soluções envolvidas e da dispersão da solução inserida. A avaliação geral dos sistemas MP envolveu estudos de precisão e exatidão volumétrica dos pulsos, bem como da robustez da unidade propulsora, os quais envolveram medidas gravimétricas. Ainda, dispersão envolvendo uma solução colorida como amostra foi espectrofotometricamente avaliada. Os resultados foram corroborados por meio de aplicações analíticas. Limitações quanto ao uso de bombas com maiores volumes de pulso (> 25 l) foram observadas a elevadas frequências de pulsação (> 4,0 Hz). Os volumes experimentalmente determinados concordaram com os valores esperados (erro relativo < 2,0 %). A dispersão da amostra foi menor relativamente àquela inerente a fluxo constante (sistema explorando multi-comutação, MC). O fluxo pulsante promoveu melhoria no desenvolvimento reacional devido principalmente à agitação dos elementos de fluido vizinhos. Este aspecto foi importante com relação à determinação espectrofotométrica de bromexina em fármacos. O método se fundamentou no acoplamento eletrofílico da bromexina com 3-metil-2-benzotiazolinona hidrazona (MBTH), e posterior oxidação com Ce(IV) em ambiente ácido. Boa sensibilidade analítica foi conseguida com baixo consumo de reagentes e rapidez nas análises (300 h-1). O sistema comparativo, envolvendo fluxo constante, não apresentou a mesma sensibilidade analítica. Outra aplicação foi a determinação espectrofotométrica de fosfato em extratos de solos envolvendo a formação do azul de molibdênio. Melhores resultados analíticos foram obtidos para freqüências de pulsação < 0,5 Hz, devido ao maior tempo disponível para a interação entre as espécies quínicas envolvidas. O sistema MP proposto requer menor volume de amostra (48 l) relativamente ao sistema MC (96 l), sendo caracterizado por maior frequência analítica (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Os resultados referentes às análises de extratos de solos foram concordantes entre si e com relação ao método referência. A visualização de uma amostra se dispersando no fluxo pulsante foi possível empregando-se a técnica de despolarização da fluorescencia induzida por laser envolvendo Rodamina B. Os experimentos foram conduzidos sob alta (3,0 Hz) ou baixa (0,5 Hz) freqüência de pulsação na inserção de amostra, ausência ou presença de reator entre o local de introdução de amostra e o detector, e sentido horizontal ou vertical da cela de fluxo. Análise dos gráficos obtidos permitiu se vizualizar a re-distribuição de massas em função do tempo. Em geral, observou-se formação de vórtices no centro da zona de amostra e uma migração bastante intensa no sentido radial. No sentido axial, melhores interações amostra / fluxo transportador foram observadas quando a freqüência de pulsação foi baixa e em presença de um reator de 60 cm. O estabelecimento de vórtices resultou em uma mistura bastante rápida e pontual, o que foi confirmado pelas aplicações analíticas / Multi-pumping flow systems (MP) utilize solenoid pumps as fluid propelling devices, which deliver pulsed flows. This feature was evaluated in relation to the design, operation and performance of the system, to the mixing conditions, and to the dispersion of the introduced solution. The general evaluation of the MP systems involved investigations about precision and accuracy of the pulse volumes, as well as the pump ruggedness. To this end, gravimetric measurements were carried out. Moreover, dispersion was evaluated by exploiting a colored solution and spectrophotometric monitoring. Results were corroborated through analytical applications. Use pumps delivering higher pulse volumes (> 25 l) was limited when the pulsation frequency was > 4.0 Hz. The experimentally measured volumes were in agreement with to the expected values (relative error < 2.0 %). Sample dispersion was lower in relation to that inherent to laminar flow (multi-commuted flow system, MC).Exploitation of pulsed flow led to a enhanced reaction development mainly due to shaking of neighboring fluid elements. This aspect was important in relation to spectrophotometric determination of bromhexine in pharmaceuticals The method was based on electrophylic coupling of bromhexine with 3-methyl-2-benzothiazolinone hydrazone (MBTH), with further oxidation by Ce(IV) under acidic medium. Analytical sensitivity was fair, reagent consumption was low and sampling rate was 300 h-1. These figures of merit were not compared with those inherent to the MC system due to the lack of sensitivity of this system. Another application was the spectrophotometric determination of phosphate in soil extracts relying the molybdenum blue formation. Best analytical results were obtained for < 0.5 Hz pulse frequency, due to the higher available time for interaction among the involved chemical species. The proposed MP system required lower sample volume (48 l) in relation to the MC system (96 l), being characterized by higher sampling rate (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Analytical results related to soil extracts were in agreement between them and with the reference method. Visualization of a dispersing sample in a pulsed flow became feasible using the laser induced fluorescence technique applied to Rhodamine B, RB. Experiments were performed under high (3.0 Hz) or low (0.5 Hz) pulse frequency, optional insertion of a reactor between the injection point and detection, and vertical or horizontal positioning of the flow-cell. Analyses of the graphs obtained allowed the visualization of the mass re-distribution in function of time. In general, vortex formation at the central portion of the sample zone and a high RB migration in the radial direction, were noted. Concerning axial direction, better sample / carrier stream interactions were observed for lower pulse frequency and insertion of the 60-cm reactor. Vortex establishment led to a punctual and fast mixing, as confirmed by the analytical applications

Os sistemas de análises em fluxo com multi-impulsão (MP) empregam bombas solenóides como unidade propulsora de fluidos, as quais proporcionam um fluxo pulsante. Esta característica foi avaliada em função do funcionamento, operação e desempenho do sistema, das condições de mistura entre as soluções envolvidas e da dispersão da solução inserida. A avaliação geral dos sistemas MP envolveu estudos de precisão e exatidão volumétrica dos pulsos, bem como da robustez da unidade propulsora, os quais envolveram medidas gravimétricas. Ainda, dispersão envolvendo uma solução colorida como amostra foi espectrofotometricamente avaliada. Os resultados foram corroborados por meio de aplicações analíticas. Limitações quanto ao uso de bombas com maiores volumes de pulso (> 25 l) foram observadas a elevadas frequências de pulsação (> 4,0 Hz). Os volumes experimentalmente determinados concordaram com os valores esperados (erro relativo < 2,0 %). A dispersão da amostra foi menor relativamente àquela inerente a fluxo constante (sistema explorando multi-comutação, MC). O fluxo pulsante promoveu melhoria no desenvolvimento reacional devido principalmente à agitação dos elementos de fluido vizinhos. Este aspecto foi importante com relação à determinação espectrofotométrica de bromexina em fármacos. O método se fundamentou no acoplamento eletrofílico da bromexina com 3-metil-2-benzotiazolinona hidrazona (MBTH), e posterior oxidação com Ce(IV) em ambiente ácido. Boa sensibilidade analítica foi conseguida com baixo consumo de reagentes e rapidez nas análises (300 h-1). O sistema comparativo, envolvendo fluxo constante, não apresentou a mesma sensibilidade analítica. Outra aplicação foi a determinação espectrofotométrica de fosfato em extratos de solos envolvendo a formação do azul de molibdênio. Melhores resultados analíticos foram obtidos para freqüências de pulsação < 0,5 Hz, devido ao maior tempo disponível para a interação entre as espécies quínicas envolvidas. O sistema MP proposto requer menor volume de amostra (48 l) relativamente ao sistema MC (96 l), sendo caracterizado por maior frequência analítica (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Os resultados referentes às análises de extratos de solos foram concordantes entre si e com relação ao método referência. A visualização de uma amostra se dispersando no fluxo pulsante foi possível empregando-se a técnica de despolarização da fluorescencia induzida por laser envolvendo Rodamina B. Os experimentos foram conduzidos sob alta (3,0 Hz) ou baixa (0,5 Hz) freqüência de pulsação na inserção de amostra, ausência ou presença de reator entre o local de introdução de amostra e o detector, e sentido horizontal ou vertical da cela de fluxo. Análise dos gráficos obtidos permitiu se vizualizar a re-distribuição de massas em função do tempo. Em geral, observou-se formação de vórtices no centro da zona de amostra e uma migração bastante intensa no sentido radial. No sentido axial, melhores interações amostra / fluxo transportador foram observadas quando a freqüência de pulsação foi baixa e em presença de um reator de 60 cm. O estabelecimento de vórtices resultou em uma mistura bastante rápida e pontual, o que foi confirmado pelas aplicações analíticas / Multi-pumping flow systems (MP) utilize solenoid pumps as fluid propelling devices, which deliver pulsed flows. This feature was evaluated in relation to the design, operation and performance of the system, to the mixing conditions, and to the dispersion of the introduced solution. The general evaluation of the MP systems involved investigations about precision and accuracy of the pulse volumes, as well as the pump ruggedness. To this end, gravimetric measurements were carried out. Moreover, dispersion was evaluated by exploiting a colored solution and spectrophotometric monitoring. Results were corroborated through analytical applications. Use pumps delivering higher pulse volumes (> 25 l) was limited when the pulsation frequency was > 4.0 Hz. The experimentally measured volumes were in agreement with to the expected values (relative error < 2.0 %). Sample dispersion was lower in relation to that inherent to laminar flow (multi-commuted flow system, MC).Exploitation of pulsed flow led to a enhanced reaction development mainly due to shaking of neighboring fluid elements. This aspect was important in relation to spectrophotometric determination of bromhexine in pharmaceuticals The method was based on electrophylic coupling of bromhexine with 3-methyl-2-benzothiazolinone hydrazone (MBTH), with further oxidation by Ce(IV) under acidic medium. Analytical sensitivity was fair, reagent consumption was low and sampling rate was 300 h-1. These figures of merit were not compared with those inherent to the MC system due to the lack of sensitivity of this system. Another application was the spectrophotometric determination of phosphate in soil extracts relying the molybdenum blue formation. Best analytical results were obtained for < 0.5 Hz pulse frequency, due to the higher available time for interaction among the involved chemical species. The proposed MP system required lower sample volume (48 l) in relation to the MC system (96 l), being characterized by higher sampling rate (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Analytical results related to soil extracts were in agreement between them and with the reference method. Visualization of a dispersing sample in a pulsed flow became feasible using the laser induced fluorescence technique applied to Rhodamine B, RB. Experiments were performed under high (3.0 Hz) or low (0.5 Hz) pulse frequency, optional insertion of a reactor between the injection point and detection, and vertical or horizontal positioning of the flow-cell. Analyses of the graphs obtained allowed the visualization of the mass re-distribution in function of time. In general, vortex formation at the central portion of the sample zone and a high RB migration in the radial direction, were noted. Concerning axial direction, better sample / carrier stream interactions were observed for lower pulse frequency and insertion of the 60-cm reactor. Vortex establishment led to a punctual and fast mixing, as confirmed by the analytical applications

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-03-14T14:39:42Z No. of bitstreams: 1 Tese versão para homologação (30.07.15).pdf: 2226080 bytes, checksum: c8b1fccaa6da441fc65b1fccc4411d92 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-10T13:21:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese versão para homologação (30.07.15).pdf: 2226080 bytes, checksum: c8b1fccaa6da441fc65b1fccc4411d92 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-10T13:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese versão para homologação (30.07.15).pdf: 2226080 bytes, checksum: c8b1fccaa6da441fc65b1fccc4411d92 (MD5) / CNPq / Esta tese descreve o planejamento, construção, otimização e aplicação de um sistema experimental dedicado ao estudo do processo de dispersão de parafinas em microfluxos de petróleo. O sistema consiste na combinação das técnicas de Análise por Injeção em Fluxo (FIA), Fluorescência Induzida por Laser (LIF), Despolarização da Fluorescência Induzida por Laser (PLF) e Lente Térmica (LT), com alta resolução espacial. Um dispositivo de injeção em fluxo, baseado em micro válvulas solenóides controladas remotamente, foi construído para gerenciar o fluxo de amostra. Esta consiste de petróleo parafínico, proveniente da Bacia do Recôncavo da Bahia, dissolvido em óleo mineral. A amostra é analisada numa cela de fluxo com seção reta de 1mm2 disposta em um posicionador automático, de construção própria, capaz de varrer a zona de amostragem com resolução de 400 pontos/mm2. Um laser de Argônio é responsável por gerar, simultaneamente, os sinais LT e LIF/PLF, que são detectados em duas linhas de luz distintas. A rotina de aquisição de dados consistiu em sucessivas injeções de amostra num percurso analítico de 30cm. Após as injeções os perfis de dispersão são individualmente detectados em diferentes posições da cela de fluxo e interpolados numa matriz de dados, gerando um mapa bidimensional de dispersão. Foram adicionados padrões de 3 tipos diferentes de parafina à amostra com o objetivo de determinar a sensibilidade do sistema à concentração e ao tamanho da cadeia parafínica. Os resultados mostram que os sinais fototérmico e fluorescente revelam informações distintas acerca da amostra, mas que ao mesmo tempo são complementares. Nas condições descritas nesta tese, tanto a LT quanto o LIF variaram linearmente com a concentração de petróleo, apresentaram boa resolução temporal e alta resolução espacial. Os mapas LIF mostraram um perfil de distribuição de massa compatível com um fluxo laminar. Foi verificado uma clara modificação no comportamento do fluxo de petróleo, a nível molecular, em função do tamanho da cadeia das parafinas adicionadas e da concentração em que estas se encontravam na solução. Durante o desenvolvimento do sistema foi possível implementar uma metodologia para a determinação do grau de polarização/anisotropia da amostra de petróleo em fluxo por absorção, à partir dos dados LT. Enfim, não apenas foi demonstrada a viabilidade de se utilizar detecção fototérmica em amostras de petróleo, como também se mostrou possível a adaptação de um sistema FIA com detecção simultânea de fluorescência em tempo real. Além disto, o sistema se mostrou eficiente na observação da dinâmica molecular do fluxo permitindo verificar a influência de moléculas parafínicas no processo de dispersão molecular de amostras de petróleo injetadas em óleo mineral, bem como a influência do tamanho da cadeia parafínica na estrutura e nas propriedades fotofísicas do fluido em processo de escoamento / This thesis describes the planning, construction, optimization and application of an experimental system dedicated to the study of paraffin dispersion process in oil micro flows. The system consists of the combination of Flow Injection Analysis (FIA), Laser Induced Fluorescence (LIF), Polarized Laser Induced Fluorescence (PLF) and Thermal Lens (TL) techniques, with high spatial resolution. An flow injection device based on solenoid valves, controlled remotely, was built to manage the flow of sample. This consists of paraffinic oil, from the Recôncavo da Bahia Basin, dissolved in mineral oil. The sample is analyzed in a flow cell with 1mm2 cross section disposed in a homemade automatic positioner, able to scan the sample zone with a resolution of 400 dots/mm2. An Argon-ion laser is responsible for generating both TL and LIF/PLF signals, which are detected in two different lines of light. The data acquisition routine consisted of successive injections of sample in a 30cm analytical path. After injections the dispersion profiles are individually detected at different positions of the flow cell and interpolated in a data matrix, generating a two-dimensional dispersion map. 3 different types of paraffin standards were added in to the sample in order to determine the sensitivity of the system to the concentration and size of the paraffinic chain. The results show that the photothermal and fluorescent signals show different information about the sample, but at the same time are complementary. Under the conditions described in this thesis, both the TL and the LIF varied linearly with oil concentration, showed good temporal resolution and high spatial resolution. The LIF maps showed a mass distribution profile compatible with a laminar flow. A clear change in the oil flow behavior was observed at the molecular level, depending on the size of the chain of added paraffins and concentration as they were in solution. During development of the system it was possible to implement a methodology for determining the degree of polarization/anisotropy of the oil sample in flow by absorption, starting by TL data. Finally, not only been demonstrated the feasibility of using photothermal detection on oil samples, such as adaptation of a FIA system with simultaneous detection of real-time fluorescence was also possible. In addition, the system was efficient in the observation of molecular dynamics flow allowing verifying the influence of paraffinic molecules in the molecular dispersion process of oil samples injected in mineral oil, as well as the influence of the size of the paraffin chain on the structure and photophysical properties of the fluid.