Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-07-12T16:23:27Z No. of bitstreams: 1 Tese Versão Final Alex Álisson Bandeira Santos (CiEnAm).pdf: 4949852 bytes, checksum: 42ccf878b1a933a3971ad02b0486db81 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-07-12T16:24:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese Versão Final Alex Álisson Bandeira Santos (CiEnAm).pdf: 4949852 bytes, checksum: 42ccf878b1a933a3971ad02b0486db81 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-12T16:24:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Versão Final Alex Álisson Bandeira Santos (CiEnAm).pdf: 4949852 bytes, checksum: 42ccf878b1a933a3971ad02b0486db81 (MD5) / O conceito de eficiência ambiental em equipamentos está cada vez mais em evidência com os desdobramentos sobre o clima com o aquecimento global, e, dentre os equipamentos industriais, os queimadores possuem um dos maiores impactos nesta discussão por se tratar de um equipamento de combustão industrial. O desenvolvimento de queimadores mais eficientes ambientalmente, com a redução de emissões é imprescindível para o adequado uso de combustíveis fósseis durante a fase de transição entre esta fonte de energia e as energias renováveis, o que pode durar mais de cinqüenta anos. O presente trabalho avalia através de simulação numérica e experimentos a utilização da técnica da combustão enriquecida por oxigênio – OEC – e sua interação com a formação de fuligem, radiação térmica e emissão de NOx e aldeídos, através das taxas de emissões de formaldeído e acetaldeído – precursores para a produção de ozônio troposférico e outros contaminantes atmosféricos – em chamas confinadas de gás natural, tecnologia esta mais difundida na indústria siderúrgica, de vidros, entre outras. A literatura apresenta trabalhos em que a utilização da técnica de OEC – técnica que possui pontos importantes de melhoria da eficiência térmica da combustão – causa em certas condições o aumento da formação de fuligem. A fuligem como um meio participante importante na radiação térmica, pode, com a sua interação com a OEC, trazer o aumento de eficiência térmica nos queimadores, implementando a transferência de calor das chamas para as superfícies de aquecimento, diminuindo o consumo de combustível, a temperatura de chama, e, por conseqüência, reduzindo a formação do NOx térmico. A utilização da OEC também traria uma redução da taxas de emissão de aldeídos. Na simulação numérica e experimentos foram utilizados baixos níveis de enriquecimento, os quais não requerem mudanças significativas em equipamentos existentes (teores de O2 no oxidante de 23 e 25%). Os ensaios foram realizados em uma câmara de combustão cilíndrica, em um queimador com injeção central de gás natural e ix escoamento paralelo do oxidante. A concentração de fuligem foi verificada através da técnica não intrusiva de extinção da luz do laser. A radiação térmica foi medida no espectro de influência da fuligem com autilização de um radiômetro. As taxas de emissão de NOx foram medidas através de analisador portátil de gases. As taxas de emissão de formaldeído e acetaldeído foram verificadas através de análise em cromatógrafo a líquido. Com a utilização de enriquecimento do oxidante de 2 e 4%, houve um aumento da concentração da fuligem e da radiação térmica no espectro de influência desta. As concentrações de NOx na saída da câmara com o uso da OEC permaneceram dentro da mesma faixa encontrada para a queima com o ar não enriquecido. As taxas de emissão de formaldeído e acetaldeído foram reduzidas com o uso da OEC em comparação com o uso do ar atmosférico como oxidante. Os resultados sugerem que a utilização da OEC em chamas confinadas pode representar uma ferramenta útil para o controle da fuligem e da radiação térmica na chama e para uma redução efetiva da emissão de NOx, formaldeído e acetaldeído. Esta tecnologia pode ser uma ferramenta importante para a adequação da indústria em geral, em especial a de petróleo e gás, ao desafio tecnológico associado à redução dos impactos ambientais.

Imagens desenhadas com fuligem de fumaça sobre lâminas de vidro transparente, cujo conjunto sugere imagem em volume / Drawings with smoke dust on glass blades set suggesting volume

Imagens desenhadas com fuligem de fumaça sobre lâminas de vidro transparente, cujo conjunto sugere imagem em volume / Drawings with smoke dust on glass blades set suggesting volume

Orientador: Celso Aparecido Bertran / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T07:22:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_CarlaSimoneTafuri_D.pdf: 16927683 bytes, checksum: b7e62e3886759d4afb629fa31db9ec66 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho, realizou-se o estudo da cinética de formação de radicais produzidos no estado eletrônico excitado e o estudo da formação das partículas de fuligem, durante a combustão de misturas de C2H2/O2 e C2H2/O2/Ar produzidas em uma câmara fechada. Na metodologia utilizada, o processo de combustão é turbulento e ocorre na ausência do ar atmosférico. Desta forma, é possível obter uma correlação entre a pressão e composição da mistura que queima, e a formação e reação das espécies presentes na chama. A cinética de formação dos radicais excitados OH*, CHO*, CH* e C2*, principais emissores em chamas de hidrocarbonetos, foi estudada pela determinação de suas intensidades de emissão em função do tempo. A evolução das partículas de fuligem, durante a combustão das misturas ricas em acetileno, foi observada através do espalhamento e absorção da luz de um laser por essas partículas, em função do tempo. Realizou-se também a análise morfológica das partículas formadas por microscopia eletrônica de varredura. As medidas espectroscópicas de emissão dos radicais excitados foram associadas à simulação computacional da cinética de combustão, permitindo se estabelecer um mecanismo reacional para o processo de combustão turbulento da mistura de C2H2/O2 e identificando-se as principais rotas de reação para a formação dos radicais excitados: H + O2 = OH* + O CH + O = CHO* C2H + O2 = CH* + CO2 CH2 + C = C2* + H2 / Abstract: In this work, a kinetic study of radicals in the excited electronic state and a study of soot particles evolution from C2H2/O2 and C2H2/O2/Ar flames in a closed chamber was carry out. In the methodology used the combustion process is turbulent and occurs in the atmospheric air absence. Therefore, we can correlate mixture pressure and composition that burning to species formation and reactions in the flame. The formation kinetic of OH*, CHO*, CH* and C2* excited radicals, which are the main emitters in the hydrocarbon flames was studied by emission intensities as a function of time determination. The soot particle evolution from fuel-rich flames was observed through laser light scattering and absorption. The morphology analysis of these soot particles was executed by scanning electronic microscope. The spectroscopic measurements of emission of excited radicals was associated to computational simulation of combustion kinetics allowing to establish a mechanism of reactions to the turbulent combustion process of C2H2/O2 and to identify the predominant reactions for the formation of excited radicals: H + O2 = OH* + O CH + O = CHO* C2H + O2 = CH* + CO2 CH2 + C = C2* + H2 / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Química

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fassani_FabioLuis_D.pdf: 4581004 bytes, checksum: 522f53b51ed91bca9f748a16cea9d03e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A combustão de óleo combustível em equipamentos industriais é um processo que fornece energia para aquecimento, geração de vapor e produção de energia elétrica, entre outros. A fuligem que se forma durante a combustão ocasiona aumento da taxa de transferência de calor por radiação entre os gases produtos da combustão e as superfícies de troca de calor do equipamento de processo, o que ocorre devido à luminosidade da chama. O gás natural tem sido utilizado para substituir o óleo combustível, porém esse gás produz pouca fuligem e pode ocasionar diminuição das trocas térmicas nos equipamentos projetados para óleo combustível. Assim, observa-se que o conhecimento da relação entre a concentração de fuligem na chama e a transferência de calor fornece subsídios para o projeto de caldeiras e fornalhas. O problema abordado nesse trabalho consiste em determinar a relação entre a transferência de calor e a fração volumétrica de fuligem em uma câmara de combustão cilíndrica horizontal, considerando a rotação imposta ao escoamento. O foco principal do trabalho é experimental. Para conduzi-lo, foi projetada e construída uma câmara de combustão dotada de um queimador que induz rotação ao escoamento. A concentração de fuligem foi determinada a partir da variação da intensidade de feixes de luz laser ao passar pela câmara. Complementarmente ao trabalho experimental realizado, para estimar a influência da presença de fuligem, do comprimento da chama e outros parâmetros sobre as trocas térmicas, foi elaborada uma simulação numérica da transferência de calor em uma câmera de combustão cilíndrica, empregando-se o método das zonas. A principal contribuição do trabalho foi indicar que a fração volumétrica de fuligem depende tanto do excesso de ar quanto do número de rotação do escoamento e que para o maior excesso de ar considerado, quanto menor a fração volumétrica de fuligem, menor a taxa de transferência de calor. Os resultados numéricos sugerem que a adoção de um padrão de liberação de energia pela chama foi o fator preponderante para a intensificação das trocas de calor / Abstract: Fuel oil combustion in industrial equipment is a process that provides energy for heating, steam generation and production of electrical energy. Soot produced during combustion causes an increase in the radiation heat transfer rate between the combustion gases and the heat exchange surfaces of the process equipment, due to the flame luminosity. Natural gas has been used as a substitute to fuel oil, but this gas produces little soot and may cause a decrease in the thermal exchanges that take place in equipment originally designed to burn fuel oil. Thus, the knowledge of the relationship between soot concentration in the flame and heat transfer provides subsidies for the design of boilers and furnaces. The issue addressed in this work is to determine the relationship between heat transfer and the soot volume fraction in a horizontal cylindrical combustion chamber, considering the swirling intensity of the flow. The main focus of the work is experimental. To accomplish it, a combustion chamber equipped with a swirl burner to induce rotation to the flow was designed. Soot volume fraction was assessed by means of a laser beam directed towards the chamber. Additionally to the experimental work, a numerical simulation of the heat transfer in a cylindrical combustion chamber was carried out to estimate the influence of soot, flame release pattern and other parameters on the thermal exchanges. The main conclusion of the work was to indicate that the soot volume fraction depends both on the excess air and the swirl number of the flow. In the highest excess air employed, the lower the soot volume fraction, the lower the heat transfer rate. The numerical results suggest that the flame energy release pattern was the most important contributing factor to increase the heat transfer / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

[pt] Essa dissertação apresenta um estudo comparativo de quatro diferentes modelos de cinética química detalhada que envolvem as principais espécies químicas responsáveis pelo processo de formação e oxidação da fuligem, i.e., o oxigênio molecular, o radical hidroxila, o acetileno, o propargil, benzeno, fenil e pireno. Para este fim, considera-se a combustão de misturas de etileno/ar e metao/ar. Para analisar os modelos cinéticos são utilizados um reator perfeitamente misturado (PSR) e um reator parcialmente misturado (PaSR). No caso do reator perfeitamente misturado, um estudo sistemático da influência do tempo de residência e a riqueza da mistura sobre estas espécies químicas é apresentado. São discutidas as importantes discrepâncias obtidas, para o acetileno, o propargil, o benzeno, o fenil e o pireno, entre os modelos cinéticos analisados. As espécies oxidantes exibem menores discrepâncias dentre todas as espécies analisadas. No caso do reator parcialmente misturado, a razão entre o tempo de residência e o tempo de mistura é o parâmetro de análise. De modo geral, os resultados obtidos permitem avaliar o comportamento dos mecanismos cinéticos em uma situação representativa de combustão em escoamentos turbulentos. / [en] In this dissertation a comparative study is presented of four different detailed kinetics models involving the main chemical species responsible for the soot formation and oxidation, i.e., the molecular oxygen, the hydroxyl, the acetylene, the propargyl, the benzene and the pyrene. To this purpose is considered the combustion of ethylene/air and metane/air. To analyze the kinetic models are used a perfect stirred reactor (PSR) and a partial stirred reactor (PaSR). In the case of a perfect stirred reactor a systematic study of the influence of the residence time and of the equivalence ratio on these chemical species is presented. Are discussed the important discrepancies obtained for acetylene, propargyl, benzene, phenyl and pyrene, between the kinetic models analyzed. The oxidizing species exhibit minor discrepancies only. In the case of the partially mixed reactor, the ratio between the residence time and the mixing time is the analysis parameter. Overall, the results obtained allow to evaluate the behavior of the kinetic mechanisms in situations representative of combustion in turbulent flows.

A emissão de poluentes em megacidades e áreas industriais pode ter fortes impactos no clima e na saúde. Nos últimos anos tem sido crescente a preocupação com emissões atmosféricas contendo partículas nanométricas, cuja presença, juntamente com compostos orgânicos voláteis, óxidos de nitrogênio e outros, pode resultar na formação de uma série de substâncias gasosas poluentes e na formação de aerossóis. Medições mais precisas da concentração e distribuição de tamanho de fuligem são importantes, não só do ponto de vista ambiental, mas também para a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi determinar a distribuição de tamanho de partículas na chaminé de uma refinaria em Cubatão. Para isso foi utilizada uma abordagem baseada nos métodos de inversão, tradicionalmente usados para calcular parâmetros de aerossóis atmosféricos, ao contexto dos aerossóis de tochas industriais. Os resultados se mostraram consistentes com a literatura científica, sendo possível determinar alguns parâmetros da distribuição do tamanho de partículas provenientes da chama de uma tocha industrial utilizando um sistema lidar de três comprimentos de onda com um nível de discrepância aceitável. Um estudo do expoente de Angström foi realizado com o objetivo de validar o algoritmo de inversão desenvolvido neste trabalho. Os resultados deste estudo mostraram que os dados experimentais corroboram com as curvas teóricas e, portanto, o algoritmo pode ser utilizado como ferramenta para a medição de emissões atmosféricas provenientes de tochas industriais. O desenvolvimento deste projeto representará um passo importante, não somente do ponto de vista tecnológico, mas principalmente como recurso para tratar de problemas de emissões que futuramente poderão surgir, dentre as medidas voltadas ao controle de mudanças climáticas. / The emission of pollutants in megacities and industrial areas can have strong impacts on climate and health. In recent years there has been a growing concern about air emissions containing nanometric particles whose presence, together with volatile organic compounds, nitrogen oxides, and others, can result in the formation of a series of gaseous pollutants and aerosol. More accurate measurements of the concentration and size distribution of soot are important not only from an environmental point of view, but also to human health. The objective of this study was to determine the particle size distribution in the chimney of a refinery in Cubatao. For this it used an approach based on inversion methods traditionally used to calculate parameters of atmospheric aerosols, the context of aerosols of industrial torches. The results were consistent with the scientific literature, it is possible to determine some parameters of size distribution of particles from an industrial torch flame using a system handling three wavelengths with an acceptable level of mismatch. A study by the Angstrom exponent was carried out in order to validate the inversion algorithm developed in this work. The results of this study showed that corroborate experimental data with the theoretical curves and thus the algorithm can be used as a tool for measuring atmospheric emissions from industrial torches. The development of this project will be an important step, not only from a technological point of view, but rather as a resource to address emission problems that may arise in the future, among the measures aimed at controlling climate change.

Orientador: Clóvis Augusto Ribeiro / Coorientador: Mary Rosa Rodrigues de Marchi / Banca: Carolina Lourencetti / Banca: Eny Maria Vieira / Resumo: A fuligem proveniente das queimadas de cana-de-açúcar exerce um importante papel na translocação dos HPAs, gerados em processos de combustão incompleta, através dos diversos compartimentos ambientais. Quando trazido até áreas urbanas, o material particulado fino gerado na queima pode provocar problemas respiratórios e carregar consigo os HPAs, dentre os quais há alguns com alto potencial carcinogênico. Tendo em vista o pequeno número de estudos relacionados a HPAs na matriz de fuligem de cana e a utilização de extrações com solventes em praticamente todos esses, o objetivo deste trabalho foi a verificação do comportamento térmico dos HPAs prioritários da US-EPA, adsorvidos em fuligem de cana, frente a um programa de aquecimento controlado, no intuito de obter informações para a implementação e otimização de um sistema de dessorção térmica para extração dessas substâncias. Foram aplicadas as técnicas de termogravimetria (TG), análise térmica diferencial (DTA) e calorímetria exploratória diferencial (DSC) a amostras de: padrões de 16 HPAs isolados; fuligem de cana fortificada com cada um destes padrões; fuligem fortificada com todos os 16 padrões simultaneamente (amostra composta); material de referência certificado SRM 1649a da NIST e finalmente, uma amostra de material particulado atmosférico obtida na cidade de Araraquara, São Paulo. Foram obtidas as temperaturas de fusão e sublimação dos padrões isolados, além das faixas de temperatura que acompanham suas perdas de massa, que variaram de 70 a 380 ºC. No estudo da adsorção na matriz, foi observado que esta contribui para um padrão de perda de massa mais homogêneo e difuso, sugerindo uma possível interação, entretanto sem modificar o intervalo de vaporização/sublimação dos HPAs... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The soot originated from the sugar cane burning plays an important role in the translocation of PAHs, generated in incomplete combustion processes, through multiple environmental compartments. When brought to urban areas, fine particulate matter generated in the burning can cause respiratory problems and carry PAHs, among which are some with high carcinogenic potential. Given the small number of studies related to PAHs in the sugar cane soot matrix and the use of solvent extraction in almost all of these, the aim of this paper was to check the thermal behavior of de US-EPA priority PAHs, adsorbed on sugar cane soot and subjected to a controlled heating program, in order to get information for the implementation and optimization of a thermal desorption system for the extraction of these substances. Thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) techniques were applied to samples of: 16 US-EPA PAH standards, individually; sugar cane soot fortified with each of these standards; soot spiked with all 16 standards simultaneously (composite sample); NIST Standard Reference Material 1649a (urban dust); and finally, an airborne particulate matter sample, obtained in the city of Araraquara, Sao Paulo, Brazil. Melting and vaporization/sublimation temperatures of the isolated standards were obtained, together with the temperature ranges that accompany their mass loss, which varied from 70 to 380 ºC. In the study of matrix adsorption, it was observed that it contributes to a more homogeneous and diffuse mass loss, suggesting a possible interaction with the PAHs, however without modifying the range of vaporization/sublimation of adsorbed PAHs. The comparison of the composite sample with SRM 1649a and airborne particulate matter brought certain... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A emissão de poluentes em megacidades e áreas industriais pode ter fortes impactos no clima e na saúde. Nos últimos anos tem sido crescente a preocupação com emissões atmosféricas contendo partículas nanométricas, cuja presença, juntamente com compostos orgânicos voláteis, óxidos de nitrogênio e outros, pode resultar na formação de uma série de substâncias gasosas poluentes e na formação de aerossóis. Medições mais precisas da concentração e distribuição de tamanho de fuligem são importantes, não só do ponto de vista ambiental, mas também para a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi determinar a distribuição de tamanho de partículas na chaminé de uma refinaria em Cubatão. Para isso foi utilizada uma abordagem baseada nos métodos de inversão, tradicionalmente usados para calcular parâmetros de aerossóis atmosféricos, ao contexto dos aerossóis de tochas industriais. Os resultados se mostraram consistentes com a literatura científica, sendo possível determinar alguns parâmetros da distribuição do tamanho de partículas provenientes da chama de uma tocha industrial utilizando um sistema lidar de três comprimentos de onda com um nível de discrepância aceitável. Um estudo do expoente de Angström foi realizado com o objetivo de validar o algoritmo de inversão desenvolvido neste trabalho. Os resultados deste estudo mostraram que os dados experimentais corroboram com as curvas teóricas e, portanto, o algoritmo pode ser utilizado como ferramenta para a medição de emissões atmosféricas provenientes de tochas industriais. O desenvolvimento deste projeto representará um passo importante, não somente do ponto de vista tecnológico, mas principalmente como recurso para tratar de problemas de emissões que futuramente poderão surgir, dentre as medidas voltadas ao controle de mudanças climáticas. / The emission of pollutants in megacities and industrial areas can have strong impacts on climate and health. In recent years there has been a growing concern about air emissions containing nanometric particles whose presence, together with volatile organic compounds, nitrogen oxides, and others, can result in the formation of a series of gaseous pollutants and aerosol. More accurate measurements of the concentration and size distribution of soot are important not only from an environmental point of view, but also to human health. The objective of this study was to determine the particle size distribution in the chimney of a refinery in Cubatao. For this it used an approach based on inversion methods traditionally used to calculate parameters of atmospheric aerosols, the context of aerosols of industrial torches. The results were consistent with the scientific literature, it is possible to determine some parameters of size distribution of particles from an industrial torch flame using a system handling three wavelengths with an acceptable level of mismatch. A study by the Angstrom exponent was carried out in order to validate the inversion algorithm developed in this work. The results of this study showed that corroborate experimental data with the theoretical curves and thus the algorithm can be used as a tool for measuring atmospheric emissions from industrial torches. The development of this project will be an important step, not only from a technological point of view, but rather as a resource to address emission problems that may arise in the future, among the measures aimed at controlling climate change.

A combustão pulsante tem despertado interesse nas pesquisas atuais devido a indicações de que sua aplicação na geração de energia pode oferecer diversas vantagens, tais como economia de combustível, redução na formação de poluentes, aumento na taxa de transferência de calor por convecção e investimento reduzido, em comparação com outras novas tecnologias de combustão. Um estudo experimental foi conduzido com o objetivo de investigar os efeitos da combustão com a presença de oscilações acústicas na formação de fuligem em uma chama difusiva laminar de jato livre. O queimador de escala laboratorial operou com gás liquefeito e petróleo (GLP) com e sem oscilação, para as mesmas situações de entrada. O escoamento de combustível foi excitado acusticamente, antes da saída do queimador, por um alto-falante estrategicamente posicionado. Os experimentos foram conduzidos para uma vazão de 0.14 g/s de GLP. Para quantificar a presença de fuligem foi utilizada a técnica de incandescência induzida por laser. Os resultados indicam que em alguns casos, a combinação de freqüência e amplitude de oscilação na chama reduz a presença de fuligem praticamente à zero.