A presente tese investigou experimentalmente a influência de oxigênio na presença de fuligem em chamas parcialmente pré-misturadas, utilizando Gás Liquefeito de Petróleo - GLP como combustível. Investigou-se a influência do número de Reynolds do jato reativo laminar, da razão de equivalência e da potência térmica teoricamente liberada. Para detecção de fuligem na chama utilizou-se a técnica de incandescência induzida por laser e os resultados mostraram que a presença de oxigênio em chamas parcialmente pré-misturadas pode representar uma ferramenta útil no controle de fuligem para dispositivos práticos de combustão.

Neste trabalho foi investigada a presença de fuligem em chamas difusivas de diesel e misturas diesel/biodiesel para avaliar os efeitos da adição de biodiesel na mistura em relação à formação de fuligem. As misturas utilizadas continham 5%, 10%, 20% e 50% de biodiesel misturados em diesel. Para a detecção da fuligem foi utilizada a técnica de incandescência induzida por laser (LII). Os experimentos foram realizados com um laser de Nd:YAG operando em dois diferentes comprimentos de onda: 1064 nm, o qual excita apenas a fuligem; 532 nm que excita a fuligem e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA';s). A diferença entre a intensidade de sinal obtida com os dois comprimentos de onda de indica quantidade de HPA';s na superfície da fuligem. Os resultados mostraram que a presença de fuligem na chama diminui com o aumento da quantidade de biodiesel na mistura. A comparação entre as medidas feitas com comprimentos de onda do laser em 1064 nm e 532 nm mostraram que a fluorescência dos HPA';s contribui de forma considerável para o sinal obtido com o laser em 532 nm, confirmando uma presença significativa de HPA';s na superfície da fuligem.

The entire world is concerned about running out of petroleum in the future, since 90% of all primary energy currently produced is derived from petroleum. Concern also exists about emissions and their impact on the environment, which are a byproduct of the petroleum combustion process. Renewable biofuels are currently seen as good alternatives, which may address both concerns. One of the most promising biofuels, to be used in the world transportation sector on ground and in air, is farnesane (C15H32). Farnesane is a hydrocarbon produced by adding Hydrogen to farnesene, which is extracted from yeast-fermented sugar cane. Among the air pollutants emitted by any combustion process, particulates are most harmful to the environment. Particulates whose size is lower than 100 nm are known as soot. Soot emission also represents a loss of useful energy, negatively affecting the efficiency of any combustion process. This work provides a comparison of the soot emissions of wick-fed diffusion flames from mixtures, in different proportions (0, 5, 10, 20, 50, 75 and 100%), of aviation kerosine (also known as aviation turbine fuel or simply jet fuel) with farnesane, using Laser Induced Incandescence (LII) technique, to evaluate the effects of farnesane in aviation kerosine combustion. Furthermore, a mapping of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) formation for each blend is provided, since PAH is considered to be the main soot precursor. The results demonstrate that the maximum concentration of soot is located 11 mm above the burner and that the addition of farnesane to kerosine inhibits PAH formation, which causes soot concentration to decrease. Regarding soot particle diameter, they present low axial variation for fuel blends with low quantities of farnesane. Soot particle size decreases at fuel blends with higher proportions of farnesane, and for all fuel blends the smallest soot particle sizes are observed at 11 mm above burner, which is the same height as the highest soot volume fraction.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-04-25Bitstream added on 2014-06-13T18:58:33Z : No. of bitstreams: 1 yamanaka_es_me_araiq.pdf: 1186411 bytes, checksum: 0eaad1b837a55ef238caa6cd5300b6eb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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... / 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)

Orientador : Leonardo Goldstein Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-27T23:42:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_AlexAlissonBandeira_M.pdf: 7769516 bytes, checksum: c87ff1ef5fec5dc00dd89cdafed132a5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A formação da fuligem em sistemas de combustão industrial constitui tema de interesse da engenharia, pois a presença da fuligem na chama aumenta a transferência de calor dos produtos da combustão por radiação térmica, o que é desejável, mas constitui um problema ambiental quando é emitida para a atmosfera. O presente trabalho avalia a influência da variação do teor de 02 e da velocidade do ar na formação da fuligem e na temperatura em chamas difusas de acetileno, em um queimador com injeção coaxial e anular de ar. A metodologia utilizada para o cálculo da concentração da fuligem foi a técnica não intrusiva da extinção da luz de laser. O estudo foi realizado com níveis baixos de enriquecimento, em que o teor volumétrico de O2 no ar é menor que trinta por cento, não requerendo adaptações significativas dos equipamentos. Além do efeito do enriquecimento, foi estudado o da variação da velocidade do ar, verificando-se a influência conjunta destes dois fatores na formação da fuligem. Os resultados sugerem que a utilização em conjunto da variação do teor de O2 e da velocidade do ar podem proporcionar uma ferramenta de controle da formação da fuligem, seja para o aumento e/ou para a redução desta / Abstract: Soot formation in industrial combustion systems constitutes an important theme of engineering interest. The presence of soot in the flame increases the heat transfer from the combustion gases by thermal radiation, but may constitute an environmental problem when emitted in the atmosphere. This work evaluates the influence ofthe oxygen index and air velocity in soot formation and in the temperature of acetylene diffusion flames, produced in a burner with paralle1 anullar coaxial oxidizer flow. The rnethodology used for calculation of the soot concentration was the non intrusive technique based on laser light extinction. In this work the enrichment level was varied as well as air velocity, to verify the influence of both factors in soot formation. The results suggest that the cornbined use of both the oxygen content and air velocity can provide a control toei for soot formation, which level can be increased or decreased. The results concern a oxygen index in the air smaller than thirty percent, which does not require significant existing equipment changes / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Introdução Os fumantes inalam grandes quantidades de partículas de carbono, o que pode contribuir para efeitos adversos pulmonares e sistêmicos. É sabido que os macrófagos alveolares (MA) desempenham um papel extremamente importante no reconhecimento e processamento de qualquer material estranho inalado e são as células predominantes que processam e removem partículas inaladas. Existe também a deposição superficial a longo prazo do carbono observado nos pulmões de fumantes em autópsias. Atualmente, a distribuição e retenção de partículas de fumo derivadas de cigarros quando a pessoa também está exposta a níveis elevados de poluição do ar ainda não é clara. Portanto, procurou-se avaliar a carga de carbono nos MA e a deposição de superfície pulmonar em uma população exposta a alta poluição atmosférica (São Paulo), tanto em fumantes como não-fumantes. Métodos Uma coorte de 72 sujeitos post mortem foi obtida do Serviço de Verificação de Óbitos da Capital da Universidade de São Paulo (SVOC). As imagens das superfícies pulmonares foram obtidas sob condições padrão e pequenos fragmentos de tecido pulmonar foram coletados para análise de macrófagos usando a técnica de esfregaço. A superfície total de negro de carbono foi analisada utilizando o programa Imagem J (National Institute of Health, MD, EUA), teste cego ao fumo. A absorção interna de carbono nos MA foi medida utilizando o programa Image Pro Plus (The Proven Solution, Media Cybernetics Inc., EUA). A aprovação ética foi obtida. A média de negro de carbono de macrófagos tanto em fumantes como em não-fumantes foi analisada utilizando teste de Mann Whitney e expressa como intervalo interquartil (IQR). Resultados Os fumantes têm um nível significativamente mais elevado de negro de carbono nos macrófagos alveolares (103.4 (IQR 29.44 to 226.3) vs. 9.27 (IQR 3.1 to 85.13) um2, P < 0.001)103.4um2. Não houve diferença significativa entre a área média de deposição superficial de carbono nos pulmões de fumantes e não fumantes de 6, 74 cm2 (IQR 3, 47 a 10, 02) versus 5, 20 cm2 (IQR 2, 29 a 7, 54) P=NS. Conclusão O teor de carbono nos MA é claramente muito maior nos fumantes do que os nãofumantes. No entanto, a análise da superfície pulmonar não mostrou diferença significativa. Isso pode indicar que, em uma área de alta poluição do ar, o principal fator que contribui para a deposição de carbono no pulmão a longo prazo é a exposição à poluição com efeitos limitados da exposição à fumaça de cigarro. O preto de carbono nos MA ainda aparece significativamente influenciado pela exposição à fumaça de cigarro / Rationale Smokers inhale large amounts of carbonaceous particulate matter, which may contribute to pulmonary and systemic adverse effects. It is clear that alveolar macrophages (AM) play a critically important role in the recognition and processing of any inhaled foreign material and are the predominant cells that process and remove inhaled particulate matter from the lung. There is also long-term surface deposition of carbon seen in the lungs of smokers at post-mortem. At present the distribution and retention of cigarette smoke-derived particulate matter when the person is also exposed to high levels of background air pollution is unclear. Therefore we sought to assess both AM carbon loading and lung surface deposition in a population exposed to high background air pollution (São Paulo) in both smokers and non-smokers. Methods A cohort of 72 post-mortem subjects was obtained from São Paulo Autopsy Centre (SVOC). Images of lung surfaces were obtained under standard conditions and small fragments of lung tissue were collected for macrophage analysis using smear technique. The total surface black carbon was analysed using Image J (National Institute of Health, MD, USA), blinded to smoking status. Internal AM carbon uptake was measured using Image Pro Plus (The Proven Solution, Media Cybernetics Inc., USA). Ethical approval was obtained. Mean macrophage black carbon in both smokers and non-smokers was analysed using Mann Whitney and expressed as median (IQR). Results Smokers have a significantly higher level of mean macrophage black carbon (103.4 (IQR 29.44 to 226.3) vs. 9.27 (IQR 3.1 to 85.13) um2, P < 0.001)103.4um2. There was no significant difference between the mean area of surface deposition of carbon in the lungs of smokers and non-smokers 6.74 cm2 (IQR 3.47 to 10.02) versus 5.20cm2 (IQR 2.29 to 7.54) P=NS. Conclusion AM carbon content is clearly much higher in the smokers than the non-smokers. However the lung surface analysis showed no significant difference. This could indicate that in an area of high air pollution the main contributing factor to long term lung carbon deposition is pollution exposure with limited effects from cigarette smoke exposure. AM black carbon still appears significantly influenced by cigarette smoke exposure

Introdução Os fumantes inalam grandes quantidades de partículas de carbono, o que pode contribuir para efeitos adversos pulmonares e sistêmicos. É sabido que os macrófagos alveolares (MA) desempenham um papel extremamente importante no reconhecimento e processamento de qualquer material estranho inalado e são as células predominantes que processam e removem partículas inaladas. Existe também a deposição superficial a longo prazo do carbono observado nos pulmões de fumantes em autópsias. Atualmente, a distribuição e retenção de partículas de fumo derivadas de cigarros quando a pessoa também está exposta a níveis elevados de poluição do ar ainda não é clara. Portanto, procurou-se avaliar a carga de carbono nos MA e a deposição de superfície pulmonar em uma população exposta a alta poluição atmosférica (São Paulo), tanto em fumantes como não-fumantes. Métodos Uma coorte de 72 sujeitos post mortem foi obtida do Serviço de Verificação de Óbitos da Capital da Universidade de São Paulo (SVOC). As imagens das superfícies pulmonares foram obtidas sob condições padrão e pequenos fragmentos de tecido pulmonar foram coletados para análise de macrófagos usando a técnica de esfregaço. A superfície total de negro de carbono foi analisada utilizando o programa Imagem J (National Institute of Health, MD, EUA), teste cego ao fumo. A absorção interna de carbono nos MA foi medida utilizando o programa Image Pro Plus (The Proven Solution, Media Cybernetics Inc., EUA). A aprovação ética foi obtida. A média de negro de carbono de macrófagos tanto em fumantes como em não-fumantes foi analisada utilizando teste de Mann Whitney e expressa como intervalo interquartil (IQR). Resultados Os fumantes têm um nível significativamente mais elevado de negro de carbono nos macrófagos alveolares (103.4 (IQR 29.44 to 226.3) vs. 9.27 (IQR 3.1 to 85.13) um2, P < 0.001)103.4um2. Não houve diferença significativa entre a área média de deposição superficial de carbono nos pulmões de fumantes e não fumantes de 6, 74 cm2 (IQR 3, 47 a 10, 02) versus 5, 20 cm2 (IQR 2, 29 a 7, 54) P=NS. Conclusão O teor de carbono nos MA é claramente muito maior nos fumantes do que os nãofumantes. No entanto, a análise da superfície pulmonar não mostrou diferença significativa. Isso pode indicar que, em uma área de alta poluição do ar, o principal fator que contribui para a deposição de carbono no pulmão a longo prazo é a exposição à poluição com efeitos limitados da exposição à fumaça de cigarro. O preto de carbono nos MA ainda aparece significativamente influenciado pela exposição à fumaça de cigarro / Rationale Smokers inhale large amounts of carbonaceous particulate matter, which may contribute to pulmonary and systemic adverse effects. It is clear that alveolar macrophages (AM) play a critically important role in the recognition and processing of any inhaled foreign material and are the predominant cells that process and remove inhaled particulate matter from the lung. There is also long-term surface deposition of carbon seen in the lungs of smokers at post-mortem. At present the distribution and retention of cigarette smoke-derived particulate matter when the person is also exposed to high levels of background air pollution is unclear. Therefore we sought to assess both AM carbon loading and lung surface deposition in a population exposed to high background air pollution (São Paulo) in both smokers and non-smokers. Methods A cohort of 72 post-mortem subjects was obtained from São Paulo Autopsy Centre (SVOC). Images of lung surfaces were obtained under standard conditions and small fragments of lung tissue were collected for macrophage analysis using smear technique. The total surface black carbon was analysed using Image J (National Institute of Health, MD, USA), blinded to smoking status. Internal AM carbon uptake was measured using Image Pro Plus (The Proven Solution, Media Cybernetics Inc., USA). Ethical approval was obtained. Mean macrophage black carbon in both smokers and non-smokers was analysed using Mann Whitney and expressed as median (IQR). Results Smokers have a significantly higher level of mean macrophage black carbon (103.4 (IQR 29.44 to 226.3) vs. 9.27 (IQR 3.1 to 85.13) um2, P < 0.001)103.4um2. There was no significant difference between the mean area of surface deposition of carbon in the lungs of smokers and non-smokers 6.74 cm2 (IQR 3.47 to 10.02) versus 5.20cm2 (IQR 2.29 to 7.54) P=NS. Conclusion AM carbon content is clearly much higher in the smokers than the non-smokers. However the lung surface analysis showed no significant difference. This could indicate that in an area of high air pollution the main contributing factor to long term lung carbon deposition is pollution exposure with limited effects from cigarette smoke exposure. AM black carbon still appears significantly influenced by cigarette smoke exposure