Orientador: José Luz Silveira / Banca: Celso Eduardo Tuna / Banca: Diovana Aparecida dos Santos Napoleão / Resumo: Após as crises do petróleo de 1973 e de 1979, notou-se um efeito nocivo dos elevados custos e contínuo aumento dos preços do petróleo, razão pela qual aumentou o interesse pelas fontes de energias renováveis, amplamente disponíveis nos países em desenvolvimento. Em todo o mundo, tornaram-se objetivos prioritários de se economizar energia e buscar tecnologias racionais, levando-se sempre em consideração os efeitos relacionados ao meio ambiente. Por outro lado, a escassez iminente dos combustíveis fósseis tem exigido da humanidade o uso racional de energia primária e como conseqüência, novas plantas em versões tecnológicas mais desenvolvidas têm sido concebidas visando sempre o aumento da eficiência energética. Neste contexto, destacam-se as tecnologias de gaseificação de madeira, que consistem em técnicas de conversão da biomassa em gás combustível. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento e a demonstração de uma metodologia de dimensionamento de um gaseificador de leito fixo tipo Downdraft para uma alimentação de 100 kg/h de biomassa lignocelulósica. Avalia-se e escolhe-se os diversos equipamentos e acessórios necessários para a limpeza e acondicionamento do gás combustível para a alimentação de um motor de combustão interna. A análise técnica inclui além dos parâmetros construtivos específicos do gaseificador, o balanço de massa, de energia, e a determinação das eficiências, tanto para a eficiência a frio como para a eficiência a quente do gaseificador. A análise econômica inclui uma avaliação e obtenção dos custos tanto do gaseificador como do Motor de Combustão Interna acoplado, os custos dos equipamentos e acessórios da zona de gaseificação, os custos operacionais e os custos da instalação e amortização do projeto. / Abstract: After the oil crisis of 1973 and 1979, an effect of the increase costs and continuously increment of the oil prices was noted. For this reason, the interest for renewable energies sources widely available in developing countries was increased. The governments have formulated main objectives for energy savings and search for friendly technologies, taking into account the effects related with the environment. The new plants with improved technology have been conceived always taking into account energy savings and efficiency improvement. In this context, biomass gasification technologies are important, since they consist in techniques of parallel production of electricity and heat from just one fuel. The main objective of this work is to develop and to demonstrate a scale up methodology for the construction of a bed fix downdraft gasifier with a 100 kg/h supply using as raw material lignocelulosic biomass. It will be evaluated and analytically chosen the necessary accessories and equipments for the cleaning and preparation of the biomass fuel gas, then this gas will be used in a internal combustion engine. The technical analysis includes in addition to the constructive specifics parameters, the balance of mass, balance of energy and determination of the efficiencies for thermal generation and power generation (hot efficiencies or cold efficiencies, respectively. The economic analysis includes cost evaluation of the gasifier, internal combustion engine, equipment and accessories of the gasification zone, operational and installation and amortization of the project. / Mestre

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-07-12T16:07:19Z No. of bitstreams: 1 Tese_Dutorado_Vitor_2013_Novo_Final.pdf: 12346858 bytes, checksum: 0c843802bb815cd2314b71864062a9c0 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-07-12T16:08:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Dutorado_Vitor_2013_Novo_Final.pdf: 12346858 bytes, checksum: 0c843802bb815cd2314b71864062a9c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-12T16:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Dutorado_Vitor_2013_Novo_Final.pdf: 12346858 bytes, checksum: 0c843802bb815cd2314b71864062a9c0 (MD5) / O biodiesel é um biocombustível intensamente proposto para utilização em motores Diesel, pois tem apresentado redução nas emissões de monóxido de carbono, hidrocarbonetos, e material particulado, contudo com um discreto aumento das emissões de NOx, motivando, portanto, a inclusão de outros compostos visando a minimização deste poluente. Este trabalho estuda os efeitos da adição de etanol no desempenho mecânico e no perfil de emissões de diferentes motores de ignição por compressão por três ensaios distintos. O primeiro destes foi realizado em um grupo gerador de injeção indireta em que o etanol foi injetado eletronicamente no ar de admissão. Foram observadas reduções no consumo de diesel, bem como da opacidade e NOx, contudo foi verificado um acentuado aumento das emissões de CO e HC. A ação do aditivo de número de cetano DTBP (peróxido de ditercbutila) adicionado ao tanque principal gerou discretas reduções de CO e HC, e aumento das emissões de NOx. O segundo ensaio foi realizado em um motor de injeção direta mecânica acoplado a um dinamômetro hidráulico, onde foram observadas reduções de NOx, CO, discreto aumento de HC, além de redução da potência efetiva com uma mistura ternária com 6% de etanol. O terceiro ensaio foi realizado em um veículo Diesel equipado com motor de injeção eletrônica (common rail), onde foram avaliadas as potências, torques e aceleração operando com diesel, biodiesel, além de misturas binárias e ternárias de diesel, biodiesel e etanol (até 6% v/v). Foi verificada discreta redução da potência e torque máximo com a inclusão do etanol e do biodiesel. O uso do aditivo 2-EHN (2- etilhexilnitrato) proporcionou recuperação parcial de potência e torque. O biodiesel oxidado foi testado como aditivo de cetano, mostrando recuperação de parte da potência perdida com o uso do etanol. Foram realizados testes de estrada com uma mistura aditivada com 4% de etanol e 1% de biodiesel oxidado, sendo verificadas reduções de NOx, CO, e MP, discreto aumento do consumo. Não foram notadas alterações no óleo lubrificante e filtro de combustível comparativamente ao diesel B-5. Foi demonstrado que a adição de etanol, por ser renovável, e de alto calor latente de vaporização, é uma valiosa solução para redução das emissões de NOx em motores Diesel operando com elevados teores de biodiesel. O biodiesel oxidado mostrou ser uma interessante alternativa para compensar o baixo número de cetano do etanol, por ser um aditivo de baixo custo, biodegradável, atóxico e renovável.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T22:13:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:05:03Z : No. of bitstreams: 1 174006.pdf: 25703775 bytes, checksum: d94f37ed58eab1c4ef4e3792a0a1ec47 (MD5) / Este trabalho apresenta uma metodologia para o cálculo do ruído de origem magnética em motores de indução. Particularmente, é apresentado um método analítico de cálculo do ruído magnético de motores de indução trifásicos com rotor de gaiola. Inicialmente, são apresentados os aspectos teóricos e conceituais referentes à geração do ruído acústico de origem magnética em máquinas elétricas e a metodologia de determinação das diversas harmônicas de indução presentes no entreferro da máquina. Após, usando o tensor de Maxwell, são determinadas as forças periódicas que atuam no entreferro e as amplitudes e freqüências das deformações do pacote de chapas do estator. As freqüências naturais de vibração do pacote de chapas do estator são calculadas a fim de se obter os fatores de ressonância e a respectiva deformação amplificada. Finalmente, é determinado o ruído em nível de pressão sonora na superfície do pacote de chapas do estator e a um metro do motor para vários modos de vibração e freqüências. Para validação da metodologia apresentada, foi desenvolvido um programa computacional que calcula os vários ruídos de origem magnética com suas freqüências e respectivos modos de vibração, separando-os por causa geradora. Este programa objetiva agilizar e permitir a análise do ruído magnético de motores elétricos ainda na fase de projeto. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados de ensaio para dez motores trifásicos de pequeno e médio portes, demonstrando uma boa concordância qualitativa dos resultados e mostrando-se muito útil na otimização do projeto dos motores elétricos.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T23:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:00:41Z : No. of bitstreams: 1 138710.pdf: 3892439 bytes, checksum: 24509723ac01704da53f42db5d76f756 (MD5)

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:11:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Desenvolvimento de um modelo analítico-experimental para a determinação da história temporal da força de impacto entre o pistão e o cilindro em motores reciprocos de combustão interna, considerando a influência do filme de óleo de lubrificação. Extensivos testes experimentais foram conduzidos em três bancadas de teste especialmente desenvolvidas para o projeto. A história temporal da força de impacto foi determinada utilizando-se a teoria de Reynolds para filmes fluídicos, e o espectro desta força foi derivado de funções de transferência. Os resultados experimentais mostraram que a teoria de Reynolds pode ser utilizada para a determinação do coeficiente de amortecimento efetivo do filme de óleo, contudo, quando o filme de óleo esta contaminado com gás, a teoria de Reynolds super estima a magnitude da força de impacto. Um modelo teórico constituído por uma mola (bolhas de gás) conectada em série com um elemento de amortecimento viscoso (filme de óleo) mostrou representar bem o comportamento dinâmico da mistura de óleo com bolhas de gás. Este modelo permite a estimativa da força de impacto levando em consideração o filme de óleo de lubrificação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 276395.pdf: 10140137 bytes, checksum: bbc8bc35d42b238ff06d8c7a6308c261 (MD5) / O motor elétrico empregado tem significativa participação no desempenho operacional de um compressor de refrigeração. Para diminuir custos e aumentar desempenho, há constante trabalho de P&D em compressores. Atualmente, uma linha de pesquisa em compressores que se destaca é a que busca redução de tamanho e aumento da frequência de operação. Isso leva à necessidade de caracterização operacional de motores de baixo torque e alta frequência rotacional. Torque e frequência rotacional são grandezas mecânicas que estão diretamente associadas ao desempenho de máquinas rotativas. Tais medições são utilizadas, tanto na fase de projeto, como na de controle de qualidade. Um bom conhecimento das características estáticas e dinâmicas do motor auxilia nas decisões de projeto dos demais componentes do compressor. A inexistência no mercado de sistemas de ensaios adequados metrológica e operacionalmente para motores com tal aplicação, motivou a exploração do tema nesta dissertação. Foi proposto o desenvolvimento de um sistema automatizado para a medição indireta de potência mecânica, através do torque e da frequência rotacional, em motores de baixo torque e de alta rotação. Realizou-se um estudo das diferentes tecnologias para a medição de torque e frequência rotacional com baixa incerteza. A partir das mais promissoras, fez-se a análise de adequação das alternativas disponíveis e a seleção e aquisição da instrumentação. Trabalho semelhante foi realizado para seleção dos módulos de aquisição de sinais e controle. No âmbito deste trabalho foi desenvolvido, em LabVIEW, um sistema completo de ensaio automatizado e de medição e monitoramento das condições de alinhamento do motor na bancada, que apresentou desempenho operacional plenamente adequado ao objetivo proposto. A partir da avaliação das incertezas, comprovou-se que o sistema atingiu um comportamento metrológico muito superior aos requisitos estabelecidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:12:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286045.pdf: 12910737 bytes, checksum: 87b48260fe416af2af75335ba60c3018 (MD5) / Hoje em dia há uma tendência quase que generalizada de diminuiçao de componentes e equipamentos. Com compressores de refrigeração não é diferente. Para que a diminuiçao da câmara de compressão não implique redução da capacidade de refrigeração, é necessário que se aumente a frequência de operação. Avaliações teóricas e experimentais mostraram que motores de alta rotação do tipo brushless podem desempenhar esse papel. No intuito de se avançar no conhecimento tecnológico desses compressores é importante o domínio das inúmeras grandezas que estão envolvidas no processo de desenvolvimento. Rendimento é, sem dúvida, um parâmetro de grande impacto no desenvolvimento do roduto. Rendimento é a razão entre a potência mecânica efetivamente transformada em trabalho e a potência elétrica entregue a máquina. Nesse contexto, este trabalho analisou opções e avaliou experimentalmente a medição da potência elétrica, com baixa incerteza, em motores do tipo brushless na presença de sinais com elevado conteúdo harmônico. Foi realizado um estudo prévio das características dos motores e seu acionamento, bem como das ferramentas matemáticas e métodos que serviram de suporte para o desenvolvimento do trabalho. Alternativas para a medição de potência elétrica foram estudadas. Um equipamento adequado à medição em alta frequência foi selecionado e testado em bancada automatizada de ensaio de motores. A caracterização dos espectros de frequências para os motores avaliados neste trabalho mostrou que a maior parte da potência elétrica se concentra na frequência fundamental e que as amplitudes harmônicas são quase que insignificantes para o sinal de potência elétrica. Em função disso foi mostrado experimentalmente que em tais aplicações wattímetros para medição de sinais de baixa frequência podem apresentar resultados satisfatórios. Uma comparação entre dois equipamentos comerciais de características metrológicas distintas também foi realizada e observou-se que a medição de ambos é bem próxima, chegando a uma diferenca de aproximadamente 3,2% entre os resultados obtidos para os pontos nos quais os motores são ensaiados. A reprodutibilidade do wattímetro WT230 foi analisada e em cinco ciclos de medição o desvio em relação à média foi bastante pequeno, apresentando resultados de at´e 1,5% de diferença (pior caso) entre ensaios. / Nowadays there is a global trend on reducing size of equipments and their parts. The refrigeration compressors are objects of this tendency. Nevertheless, reducing compression chamber#s dimensions implies reducing the refrigeration capacity when this is done without the increase of motor speed. Theoretical and experimental evaluations have shown that high speed brushless motors can perform this role. The R&D process related to the refrigeration compressors deals with several quantities and parameters in order to advance in the technological sense. The motor efficiency is one of such parameters because it relates the mechanical power converted into work and electrical power consumed by the compressor. As a contribution on motor efficiency evaluation, this dissertation presents analysis and experimental evaluations carried out on electrical power measurement. The most important characteristic of this measurement process is deal with high harmonic content signals and low measurement uncertainties. In order to achieve the dissertation goals, prior studies were carried out on: motors and drives characteristics; electrical power measurement methods; mathematical tools and methods suitable for data and signal analysis. A suitable device for high frequency measurement was selected and used in an automated motor testing bench. The frequency spectrum of the evaluated motors showed that the electrical power is concentrated in the fundamental frequency and that harmonics amplitudes are almost negligible. Thus, experimental data indicated that low frequency power meters can provide satisfactory results in such applications. Two commercial power meters - designed for distinct metrological performance - had their measurement results compared on typical motor test conditions and presented maximum difference of 3.2%. The reproducibility WT230 power meter was analyzed in five measurement cycles and presented very small deviations (up to 1.5% in worst case) compared to the average.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:03:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:34:48Z : No. of bitstreams: 1 287889.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / A predição exata da distribuição de temperatura em uma máquina elétrica no estágio do projeto está se tornando cada vez mais importante. Esta predição permite ao projetista otimizar o projeto, economizando assim custos efetivos. Apesar da importância de se conhecer a temperatura no interior de máquinas elétricas girantes, a literatura disponível não apresenta metodologias que possibilitem obter tal informação de forma satisfatória, que façam uso do estado da arte referente ao conhecimento disponível em escoamento e transferência de calor. No presente trabalho, o projeto térmico de motores de indução é revisto e um modelo térmico com parâmetros acoplados é apresentado para determinar a distribuição de temperatura em um motor de indução, operando em regime permanente. O modelo térmico com parâmetros acoplados consiste na combinação de parâmetros térmicos globais e de parâmetros térmicos distribuídos nas diferentes partes da máquina. O conhecimento da distribuição das perdas (fontes de calor) envolvidas na máquina é essencial na construção e análise do modelo térmico. Adotando procedimentos padrões na análise do motor, as perdas são avaliadas através de ensaios elétricos, e distribuídas no estator e no rotor. Empregando o modelo térmico, uma análise de sensibilidade é realizada, indicando que o parâmetro mais crítico no resfriamento do motor é o coeficiente convectivo de transferência de calor em sua superfície externa. Medições e cálculos exploram a não uniformidade do coeficiente de transferência de calor local da carcaça do motor para o ar ambiente e seu impacto na temperatura do motor. Ensaios em três rotações distintas mostraram variações no coeficiente de transferência de calor em torno de 20% quanto se altera a rotação de 900 rpm para 1200 rpm e cerca de 40% alterando de 1200 rpm para 1800 rpm. Algumas sugestões são apresentadas para reduzir a temperatura de operação do motor, incluindo o uso de guias para direcionar melhor o escoamento de ar sobre a carcaça. O efeito das guias de correção do escoamento de ar sobre a carcaça possibilitou observar uma elevação média de 5% no coeficiente de transferência de calor na traseira, 40% na central e 20% na dianteira do motor comparado com os resultados obtidos na condição de referência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:49:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259876.pdf: 6319360 bytes, checksum: e4b02cbfa4c623a75e1f2627bde191d5 (MD5) / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica para a análise do escoamento do ar na região da cabeça de bobina de um motor de indução trifásico totalmente fechado autoventilado. O desenvolvimento dessa metodologia foi amparado por um dispositivo experimental, especialmente projetado e confeccionado para este trabalho, que permitiu caracterizar os campos de velocidade do ar na região da cabeça de bobina e, também, na região externa da carcaça, especificamente entre as aletas da carcaça. Os dados de velocidade do ar e os valores de potência consumida pelos sistemas de ventilação interno e externo, obtidos experimentalmente, foram utilizados para desenvolver e validar a metodologia numérica, fundamentada em um código comercial de Dinâmica do Fluidos Computacional (Computational Fluids Dynamics - CFD). Uma contribuição adicional foi a demonstração do impacto da energia fornecida ao sistema de ventilação interno sobre o comportamento térmico A numerical methodology to analyze the air flow at the end-winding region of a three-phase totally enclosed fan cooled electrical motor was developed. The development of this methodology was assisted by an experimental device, especially designed and made for this work, that allowed the characterization of air velocity fields around the end-winding regions and, also, outside the frame region, specifically between the frame fins. Measurements of air velocity and fan systems internal and external power losses were used to develop and validate the numerical methodology, using a commercial Computational Fluids Dynamics (CFD) code. An additional contribution was the demonstration of the impact of the energy provided to the internal fan system on the thermal behavior of totally enclosed rotating electrical machines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:23:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 239916.pdf: 3654550 bytes, checksum: 1f92a33f550052df2da52c8f278794e3 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e os testes de um protótipo de sistema de gerenciamento eletrônico e de um ambiente de calibração para motores mono-cilíndricos de pequeno porte (com potência nominal inferior a 20kW). O trabalho foi realizado visando a atender o requisito de redução dos custos associados à implantação de sistemas de gerenciamento para substituição dos carburadores em motores dessa classe. As soluções tecnológicas adotadas utilizam componentes de baixo custo e com pronta disponibilidade no mercado brasileiro. Foi desenvolvido o sistema de gerenciamento junto com as adaptações necessárias em um motor de teste, assim como o ambiente de para sua calibração. O ambiente é composto por uma bancada de testes e um sistema de aquisição de dados desenvolvido para a aplicação. Foram realizados ensaios para coleta de dados e avaliação do comportamento do motor e do sistema de gerenciamento. A partir desses dados, o comportamento do motor foi aproximado pela identificação de modelos lineares com estrutura fixa e valores de parâmetros variáveis do tipo gain scheduling. A modelagem de algumas variáveis do motor é suficientemente encorajadora para o uso de sensores por software, dispensando o uso de sensores reais e reduzindo o custo de implantação de tal sistema.