CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O uso de cilindros recheados com carbono ativado para armazenamento e transporte de gÃs natural (GN) a pressÃes moderadas (~3,5 MPa) e a temperatura ambiente (~298 K) tÃm sido estudados como uma potencial alternativa para o armazenamento de GN comprimido a altas pressÃes (~20 MPa). O presente trabalho fornece uma investigaÃÃo experimental de ciclos de carga e descarga de GN em um vaso de armazenamento de gÃs natural adsorvido (GNA) recheado com carbono ativado. à avaliado tambÃm o efeito da composiÃÃo do GN na capacidade de armazenamento. As propriedades de adsorÃÃo foram verificadas a partir de isotermas de cada componente do GN medidas em uma balanÃa de suspensÃo magnÃtica e comparadas com dados de adsorÃÃo medidos no vaso de armazenamento usando GN. As seletividades dos principais componentes do gÃs natural em relaÃÃo ao metano foram determinadas e a influencia da pressÃo nessa seletividade tambÃm foi observada. Apesar de o GN ser composto principalmente por metano (~90% em volume), foi observado que a adsorÃÃo preferencial pelos hidrocarbonetos mais pesados e CO2 deve ser levada em conta para a avaliaÃÃo do comportamento de sistemas GNA ao longo de vÃrios ciclos de carga e descarga. Foi estudado tambÃm para esse trabalho a separaÃÃo de CO2 de misturas de CO2/CH4, que à uma importante questÃo na purificaÃÃo do gÃs natural e biogÃs para aplicaÃÃo em geraÃÃo de energia. Dessa forma, dados de adsorÃÃo de mistura CO2/CH4 em carbono ativado a 293 K foram obtidos pelo mÃtodo volumÃtrico-cromatogrÃfico e comparados com a IAST (Teoria da SoluÃÃo Adsorvida Ideal) e com o modelo de Langmuir estendido (EL). AdsorÃÃo preferencial de CO2 foi observada para a composiÃÃo de mistura de CO2 maiores que 20% aproximadamente. A precisÃo das prediÃÃes foi menor do que a desejÃvel para uma aplicaÃÃo em projetos de engenharia. / The use of vessels filled with activated carbon to store and transport natural gas (NG) at moderate pressures (about 3.5 MPa) and ambient temperature (about 298 K) has been studied as a potential alternative to compressed natural gas storage at high pressures (ca. 20 MPa). The present study provides an experimental investigation of charge and discharge cycles of natural gas in a prototype storage vessel filled with activated carbon and analyses the effect of the gas composition on the adsorption capacity. The adsorption properties were evaluated by measuring isotherms for each component of NG in a magnetic suspension balance and compared with the isotherms measured in a storage vessel using NG. The selectivities of the main constituents of natural gas in relation to methane were determined and the influence of the pressure on the selectivity was also observed. Although NG is composed mainly of methane (ca. 90% vol.), our experimental results indicate that the preferential adsorption of the heavier hydrocarbons and CO2 should be properly taken into account for the evaluation of the behavior of adsorbed natural gas systems along several charge and discharge cycles. In an another context, the separation of CO2 from CO2-CH4 mixtures is an important issue in natural gas and biogas purification/upgrading for energy generation applications and it was also studied in this work. Thus, co-adsorption data of the binary mixture CO2/CH4 on activated carbon at 293 K was obtained by the volumetricchromatographic method and it was compared with the IAST (Ideal Adsorbed Solution Theory) and the Extended Langmuir (EL) predictions. Preferential adsorption of CO2 was observed for the CO2 mixture composition more than around 20%. The accuracy of predictions was less than desirable to an application engineer.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente trabalho apresenta uma alternativa de desenvolvimento do mercado brasileiro de gÃs natural, particularmente no Ãmbito do Estado do CearÃ, propondo um modelo de distribuiÃÃo de gÃs natural liquefeito (GNL) para regiÃes nÃo atendidas por gasodutos, complementando o sistema de distribuiÃÃo existente de forma eficiente. Para tanto, buscou-se conhecer a cadeia do GNL, sua evoluÃÃo no mercado mundial e a infra-estrutura de suporte ao transporte e distribuiÃÃo. à luz dessas informaÃÃes, procurou-se conceber o modelo de infra-estrutura de distribuiÃÃo de gÃs natural liquefeito (MDGNL) suportado por tÃcnicas de logÃstica e de pesquisa operacional. Na concepÃÃo do modelo, as infra-estruturas utilizadas para a estruturaÃÃo da distribuiÃÃo do gÃs natural liquefeito foram: o terminal de GNL do Porto do PecÃm, o sistema viÃrio existente no Estado do Cearà e as infraestruturas concebidas para a distribuiÃÃo do gÃs natural nas sub-regiÃes no interior do Estado. O modelo desenvolve um novo layout para a cadeia de distribuiÃÃo de GNL no Estado, permite uma avaliaÃÃo tÃcnica e econÃmica da utilizaÃÃo otimizada das infra-estruturas que o compÃem, apontando a forma mais eficiente, com o mÃnimo custo, e promove a acessibilidade do gÃs natural Ãs regiÃes nÃo atendidas por gasodutos.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A maioria dos paÃses do globo tem incrementado o uso do gÃs natural, motivados pela necessidade de uma fonte energÃtica mais limpa e polivalente. PorÃm, para se obter os reais benefÃcios do gÃs natural à preciso priorizar o seu uso atravÃs de alternativas que possibilitem alta eficiÃncia energÃtica. Dentre estas alternativas, sÃo destacadas a substituiÃÃo do uso da eletricidade para aquecimento ou resfriamento (eletrotermia), a substituiÃÃo do GLP nas cozinhas e o suprimento de sistemas de cogeraÃÃo. A efetivaÃÃo destas estratÃgias produziria impactos positivos principalmente nos setores residencial e comercial, pois as residÃncias e estabelecimentos comerciais nÃo tÃm acesso ao gÃs natural e nem sequer dispÃem de informaÃÃes acerca das novas tecnologias disponÃveis para operaÃÃo em setores de pequena escala de consumo. Portanto, à fundamental que as distribuidoras de gÃs natural utilizem as infra-estruturas de distribuiÃÃo disponÃveis para facilitar a acessibilidade ao combustÃvel. Como a decisÃo acerca da implantaÃÃo de infra-estruturas de distribuiÃÃo de gÃs natural à de carÃter estratÃgico, o objetivo primordial deste trabalho à elaborar um modelo para minimizar os custos de implantaÃÃo de infra-estruturas para distribuiÃÃo de gÃs natural. Desta forma, foi desenvolvido um modelo matemÃtico utilizando programaÃÃo linear binÃria para apontar quais as infra-estruturas de distribuiÃÃo de gÃs natural devem ser implantadas, de modo a minimizar o custo total. Na resoluÃÃo do modelo foi utilizado o software LINGO 7.0. O modelo proposto foi validado atravÃs de testes em 3 cenÃrios elaborados, demonstrando-se eficiente e flexÃvel, permitindo a obtenÃÃo da soluÃÃo Ãtima mesmo quando sujeito a variaÃÃes dos parÃmetros de entrada. Estas variaÃÃes, representadas pelos cenÃrios elaborados, sÃo situaÃÃes reais que podem acontecer durante a operaÃÃo do sistema de distribuiÃÃo de gÃs natural / Most countries in the world has been increasing the use of the natural gas, motivated by the need of an environmental and versatile energy source. However, to obtain high benefits of the natural gas use, it is necessary to spread its use through alternatives that make possible high energy efficiency. Among these alternatives, the substitution of the electricity use for heating or cooling, and the PLG use in the kitchens, as well as the supply for cogeneration systems must be emphasized. The adoption of these strategies will produce effective economical environmental returns mainly in the residential and commercial sectors, if residences and commercial establishments do have access to natural gas and also information concerning the new available technologies for operation in those small scale consumption sectors. Therefore, it is fundamental that the natural gas dealers provide better acessibility to the distribution infrastructures. Considering that the decision concerning the infrastructures implantation for distribution of natural gas is strategic, the primordial objective of this work is to build a model to minimize the costs of providing of infrastructures for natural gas distribution. For this, a mathematical model was developed using binary linear programming to indicate infrastructures to be implemented which minimize the total supply costs. The software LINGO 7.0. was used to help in the solution of the problem. Three tests of the model were run which present good reults. The model led to optimal solutions even when subjected to variations of the input parameters, proving to be efficient and flexible. These variations, considered in the different sceneries, represent real situations that may happen during the operation of natural gas distribution system

Simuladores de reservatÃrios sÃo amplamente utilizados em projetos de Engenharia de PetrÃleo. Os simuladores do tipo composicional utilizam EquaÃÃes de Estado (EdEâs) para o cÃlculo de diversas propriedades dos fluidos petrolÃferos, como a densidade da fase oleosa, o fator de compressibilidade da fase gasosa, a pressÃo de saturaÃÃo, dentre outras. No presente trabalho estudou-se a capacidade preditiva de trÃs equaÃÃes de estado (EdEâs): duas cÃbicas, e amplamente utilizadas em simuladores de reservatÃrios (Soave-Redlich-Kwong e Peng-Robinson), e uma nÃo-cÃbica, que vem ganhando notoriedade no meio cientÃfico e à oriunda da mecÃnica estatÃstica, a EdE Perturbed Chain â Statistical Association Fluid Theory (PC-SAFT). Diversos dados da literatura foram coletados e modelados pelas EdEâs selecionadas. Durante o trabalho desenvolveu-se um simulador em linguagem orientado ao objeto (Delphi 7Â) para cÃlculos de equilÃbrio lÃquido-vapor e de propriedades volumÃtricas de fluidos petrolÃferos. As EdEâs apresentaram bons resultados para propriedades como o volume relativo, fator de compressibilidade e a densidade do Ãleo. PorÃm nÃo apresentaram resultados considerÃveis para a pressÃo de saturaÃÃo, razÃo gÃs-Ãleo e fator-volume de formaÃÃo do Ãleo. Mesmo a EdE PC-SAFT apresentando resultados similares aos das outras EdEâs estudadas, muito ainda pode ser melhorado para esta equaÃÃo na aplicaÃÃo em simuladores de reservatÃrios, pois a mesma apresenta poucos estudos neste tipo de aplicaÃÃo. / Reservoir simulators are widely used in petroleum engineering projects. The simulators of compositional type using equations of state (EOSâs) for calculate various properties of petroleum fluids, as such the density of oil phase, the compressibility factor of gas phase, the saturation pressure, etc. In this work was studied the predictive capacity of three EOSâs, two cubic and widely used in reservoir simulators (Soave- Redlich-Kwong and Peng-Robinson) and a non-cubic EOS, that has had notoriety and comes of statistical mechanics, the Perturbed Chain â Statistical Association Fluid Theory (PC-SAFT). Several data from literature were collected and modeled with these EOSâs. A simulator in object-oriented language (Delphi 7Â) for calculations of liquid-vapor equilibrium and volumetric properties of petroleum fluids was developed during this work. The EOSâs present good results for some properties, such as relative volume,compressibility factor and oil density. Even the PC-SAFT EOS present similar results when compared with other EOSâs studied, much can be still improved in this equation for applications in reservoir simulators, since it contain few studies on this type of application.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este estudo apresenta anÃlises de dados experimentais de ciclos de carga e descarga em um vaso protÃtipo de armazenamento de gÃs natural adsorvido (GNA) em um leito de carvÃo ativado, comparados com simulaÃÃes obtidas com um modelo matemÃtico proposto para prever o comportamento da pressÃo, temperatura mÃdia e massa armazenada e disponibilizada de gÃs natural num dado recipiente. Para validar o modelo, cada parÃmetro de entrada foi calculado independentemente atravÃs de anÃlises das caracterÃsticas texturais da amostra de carvÃo utilizada e do levantamento de isotermas de equilÃbrio de adsorÃÃo de metano no mesmo carvÃo. TambÃm foram determinadas as isotermas de adsorÃÃo de etano, propano e butano, constituintes do gÃs natural (GN) em menores proporÃÃes, para avaliaÃÃo da influÃncia da composiÃÃo na eficiÃncia do processo de armazenamento. As anÃlises das caracterÃsticas texturais foram conduzidas num aparato volumÃtrico atravÃs da obtenÃÃo de isotermas de nitrogÃnio a 77 K. Os dados de equilÃbrio de adsorÃÃo dos componentes do GN foram adquiridos com auxÃlio de uma balanÃa de suspensÃo magnÃtica. Numa etapa inicial foram utilizados experimentos com gÃs natural e simulaÃÃes com metano puro. Os resultados mostraram discrepÃncias nas previsÃes do modelo, conduzindo-nos à conclusÃo de que à inadequado assumir que o gÃs natural apresenta comportamento semelhante ao de seu componente em maior proporÃÃo, o metano, para este caso. A partir deste fato, as simulaÃÃes foram comparadas com experimentos usando metano puro e uma boa concordÃncia foi observada nas comparaÃÃes dos resultados. A pressÃo e a massa armazenada foram preditas satisfatoriamente bem e, apesar dos efeitos tÃrmicos nÃo precisamente levados em conta no modelo, foi observada uma concordÃncia razoavelmente boa entre simulaÃÃo e experimento para a temperatura mÃdia dentro do recipiente. Conclusivamente, o modelo foi satisfatÃrio para a previsÃo dos fenÃmenos envolvidos num processo de armazenamento de GNA. / This study presents experimental data analyses of charge and discharge cycles in a prototype vessel of adsorbed natural gas (ANG) storage in a bed of activated carbon, compared with simulations obtained with a mathematical model proposed to foresee the behavior of pressure, average temperature and stored mass and delivery of natural gas in a given reservoir. To validate the model, each input parameter was independently calculated through analyses of the used carbon sampleâs textural characteristics and the acquirement of adsorption equilibrium isotherms of methane in the same carbon sample. It was also obtained the adsorption isotherms of ethane, propane and butane, constituent of the natural gas (NG) in smaller proportions, for evaluation of the composition influence in the storage process efficiency. The textural characteristics analyses were run in a volumetric apparatus through the obtaining of nitrogen isotherms at 77 K. The adsorption equilibrium data of the NG components were acquired with the support of a magnetic suspension balance. In an initial stage, it was used experiments with natural gas and simulations with pure methane. The results showed discrepancies in the model prediction, leading to the conclusion that it is inadequate to assume that the natural gas presents behavior similar to the one of its larger proportion component, methane, for this case. Consequently, in another stage, simulations were compared with experiments using pure methane and a good agreement was observed in the results comparisons. Histories of pressure and stored mass were satisfactorily well predicted and, despite heat effects, not precisely taken into account in the model, there was a reasonably good agreement between simulation and experiment for the average temperature inside the vessel. Conclusively, the model was suitable for the prediction of the phenomena involved in an ANG storage process.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Solar desalination systems operate with a transient heat source, the solar radiation, what makes it difficult to identify of the influence of the process variables and the constructive geometric parameters of the desalination tower. The present work presents the experimental study of thermal a desalination system prototype with heat recovery mechanism and controlled power supply to operate in transient and steady-state regimes. This prototype made possible the study of the operarational parameters that influence the desalinated water production in the tower, namely, the height of the water column in the storage tank, the type of burner, the gas natural gas flow, the number of desalination stages, and the use of a nano film of the condensations surface. Additionally,it was possible to thermally characterize the dessalination tower by determining the experimental overall heat transfer coeddicient (K1) of the simultaneous evaporation, radiation, and the convection processes between the surface of the water in the tank and the condensation walls of the first stage immediately above. The desalination system consisted of a gas natural burning equipment, a tank of storage, and a tower with six desalination stages. By controlling the natural gas flow, it was possible to keep preset and constant operating temperatures. The results showed that the use of the linear burner (ideal burner) and of 6 liters of water in the tank of storage presented the best desalinated water production. They alson showed that the flow of 0,533 g/min of natural gas and the use of 6 or 7 desalination stages are more adequate for tower operation. With the experimental measurements, the determination of the performance coefficient (COP) and of the gain output ratio (GOR) was possible. These values were 4,09 and 5,91, respectively. An increase of 65,59% in the desalinated water production was measured with the use of the nano film; however, chemical tests to verify possible chemical contamination were not carried out.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O aproveitamento do biogÃs e do gÃs natural (GN) com elevadas concentraÃÃes de diÃxido de carbono (CO2) e de sulfeto de hidrogÃnio (H2S), atravÃs de sistemas tÃrmicos de combustÃo convencionais, pode resultar em instabilidade de reaÃÃo ou, atÃ, apagamento da frente de chama, sob risco de avarias irreversÃveis para estrutura fÃsica dos equipamentos, devido aos Ãcidos corrosivos decorrentes da reaÃÃo. Ainda, altas concentraÃÃes desses contaminantes favorecem a ocorrÃncia de elevados Ãndices de gases poluentes nos produtos, a exemplo de monÃxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos nÃo queimados (HC), dentre outros. Por essa razÃo, um estudo experimental foi realizado com base na aplicaÃÃo de uma tecnologia de combustÃo nÃo-convencional, a CombustÃo de FiltraÃÃo, a fim de lidar com esses combustÃveis de baixa qualidade. O aparato experimental empregado nessa pesquisa consiste de uma caldeira porosa de escoamento recÃproco, em que seu queimador à preenchido completamente por esferas cerÃmicas de alumina (Al2O3), formando uma matriz porosa inerte, que envolve os trocadores de calor da caldeira. O processo de queima de ambos os combustÃveis foi investigado sob condiÃÃes extremas de operaÃÃo, em termos de misturas ar-combustÃvel ultra-pobres. Como suporte para interpretaÃÃo dos fenÃmenos do processo, foi aplicado um modelo numÃrico de simulaÃÃo, que considera o mecanismo de oxidaÃÃo do metano em um meio poroso, adaptado para identificar os efeitos quÃmicos de uma alta concentraÃÃo de CO2 sobre a reaÃÃo. A influÃncia dos principais parÃmetros de operaÃÃo, razÃo de equivalÃncia e velocidade da mistura ar-combustÃvel, sob os produtos de combustÃo e sob a instabilidade de reaÃÃo foi estudada teÃrica e experimentalmente. Os resultados mostram excelente estabilidade operacional da caldeira com emissÃes ultra-baixas de CO e NOx, inferiores a 1 ppm para razÃes de equivalÃncia menores que 0,6, e com eficiÃncia de queima do H2S de mais de 99%. / The use of biogas and natural gas (GN) with high concentrations of carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) through conventional combustion thermal systems can result in reaction instability or flame front quenching, under risk of irreversible damages to the physical structure of a piece of equipments, due to corrosive acids remaining from reaction. Furthermore, high concentrations of these contaminants favor the occurrence of high pollutant levels in the products, like carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbon (HC), among others. Therefore, an experimental study was performed with basis on the application of a non conventional combustion technology, Filtration Combustion, in order to deal with these low-quality fuels. The experimental apparatus employed in this research consists of a reciprocal flow porous boiler, in which its burner is completely filled by ceramic spheres of alumina (Al2O3), forming an inert porous matrix, which involves boilerâs heat exchangers. The burning process of both the fuels was investigated under extreme operation conditions, in terms of ultra-lean fuel-air mixtures. As support for interpretation of the process phenomena, a numerical simulation model was applied, which takes in account the methane oxidation mechanism in a porous medium, adapted to identify the chemical effects of a high CO2-concentration on the reaction. The influence of the main operation parameters, equivalence ratio and gas flow velocity, on combustion products and on reaction stability was studied theoretically and experimentally. The results have shown excellent boiler operation stability with ultra-low emissions of NOx and CO, less than 1 ppm for equivalence ratios inferior to 0.6, and with the H2S-burning efficiency overcoming 99%.

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / A utilizaÃÃo de modelos de escolha discreta à um mÃtodo eficaz que retrata o comportamento dos consumidores em diversos mercados. Sua aplicaÃÃo tem sido amplamente difundida na literatura para retratar a realidade de mercados de produtos e serviÃos no setor de transportes. Quando sÃo necessÃrios estudos de previsÃo de demanda, o modo mais adequado consiste na utilizaÃÃo conjunta de dados de preferÃncia declarada (PD) e preferÃncia revelada (PR). A combinaÃÃo destes dados fornece modelos estatisticamente mais consistentes do que aqueles estimados com dados puros de PD ou de PR. Dessa forma, o presente trabalho aplica uma metodologia baseada em modelos de escolha discreta com insumo de dados de PD e PR, chamada de GNVPREV, para analisar as preferÃncias dos usuÃrios de combustÃveis, enfocando o gÃs natural veicular - GNV, dentro de um contexto competitivo de um mercado de energÃticos veiculares. Esta anÃlise foi restrita aos usuÃrios de veÃculos leves - automÃveis, camionetas e caminhonetes - que utilizam a gasolina, o Ãlcool ou o prÃprio GNV. A metodologia GNVPREV foi aplicada para uma Ãrea de estudo constituÃda por uma parte do distrito sede do municÃpio de Caucaia, situado na RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, Estado do CearÃ. O levantamento de dados a partir de questionÃrios de preferÃncia declarada e revelada, elaborados previamente, forneceu insumos para estimativas de funÃÃes de utilidade e obtenÃÃo de parÃmetros de elasticidade de demanda, trade-off entre alternativas e cenÃrios de previsÃo de demanda. Os resultados obtidos foram satisfatÃrios, dentro das limitaÃÃes dos dados primÃrios e secundÃrios, e confirmaram um melhor desempenho do modelo quando estimado com dados conjuntos de PD e PR.