[pt] As unidades operacionais da área de Exploração e Produção (EeP) da PETROBRAS utilizam relatórios diários para o registro de situações e eventos em Unidades Estacionárias de Produção (UEPs), as conhecidas plataformas de produção de petróleo. Um destes relatórios, o SITOP (Situação Operacional das Unidades Marítimas), é um documento diário em texto livre que apresenta informações numéricas (índices de produção, algumas vazões, etc.) e, principalmente, informações textuais. A parte textual, apesar de não estruturada, encerra uma valiosíssima base de dados de histórico de eventos no ambiente de produção, tais como: quebras de válvulas, falhas em equipamentos de processo, início e término de manutenções, manobras executadas, responsabilidades etc. O valor destes dados é alto, mas o custo da busca de informações também o é, pois se demanda a atenção de técnicos da empresa na leitura de uma enorme quantidade de documentos. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de um modelo de processamento de linguagem natural para a identificação, nos textos dos SITOPs, de entidades nomeadas e extração de relações entre estas entidades, descritas formalmente em uma ontologia de domínio aplicada a eventos em unidades de processamento de petróleo e gás em ambiente offshore. Ter-se-á, portanto, um método de estruturação automática da informação presente nestes relatórios operacionais. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia é útil para este caso, ainda que passível de melhorias em diferentes frentes. A extração de relações apresenta melhores resultados que a identificação de entidades, o que pode ser explicado pela diferença entre o número de classes das duas tarefas. Verifica-se também que o aumento na quantidade de dados é um dos fatores mais importantes para a melhoria do aprendizado e da eficiência da metodologia como um todo. / [en] The operational units at the Exploration and Production (E and P) area at PETROBRAS make use of daily reports to register situations and events from their Stationary Production Units (SPUs), the well-known petroleum production platforms. One of these reports, called SITOP (the Portuguese acronym for Offshore Unities Operational Situation), is a daily document in free text format that presents numerical information and, mainly, textual information about operational situation of offshore units. The textual section, although unstructured, stores a valuable database with historical events in the production environment, such as: valve breakages, failures in processing equipment, beginning and end of maintenance activities, actions executed, responsibilities, etc. The value of these data is high, as well as the costs of searching relevant information, consuming many hours of attention from technicians and engineers to read the large number of documents. The goal of this dissertation is to develop a model of natural language processing to recognize named entities and extract relations among them, described formally as a domain ontology applied to events in offshore oil and gas processing units. After all, there will be a method for automatic structuring of the information from these operational reports. Our results show that this methodology is useful in SITOP s case, also indicating some possible enhancements. Relation extraction showed better results than named entity recognition, what can be explained by the difference in the amount of classes in these tasks. We also verified that the increase in the amount of data was one of the most important factors for the improvement in learning and methodology efficiency as a whole.

[pt] Neste estudo foi desenvolvido um sistema de alimentação mecânico para conversão de um motor do ciclo Diesel para operar como um motor dual dieselgás natural, com campo de aplicação em embarcações fluviais de pequeno e médio porte. Primeiramente foram executados ensaios no modo original, diesel puro, e em seguida com controle manual de injeção diesel- gás. Os resultados experimentais foram utilizados para comparação entre os dois modos de operação e como base para elaboração do sistema de conversão reversível, sempre mantendo os mesmos níveis de torque e potência do motor. Numa segunda etapa criou-se uma metodologia para construção do sistema de controle de alimentação dual, para um regime de funcionamento simulando a operação do motor com uma hélice acoplada. O controle foi projetado, construído e montado no motor para realização dos testes de desempenho e validação do sistema. O motor foi testado novamente nos dois modos de operação e os resultados comparados em termos de desempenho global, eficiência e nível de emissões (particulados). Os resultados obtidos confirmam a viabilidade econômica e técnica de se operar o motor no modo dual com os mesmos níveis de torque e potência do motor diesel original e validaram o sistema de controle projetado. Foram observadas reduções significativas das emissões (particulados) com um rendimento satisfatório para todo o regime de operação avaliado. As taxas de substituição (diesel-gás) impostas são da ordem de 70%, limitadas pelo sistema de controle, para minimizar os riscos de possíveis danos ao motor em termos de superaquecimento dos bicos injetores e pela detonação. / [en] In this work a mechanical system of fuel supply was developed to convert a Diesel engine for dual fuel diesel-gas Dual operation in small and medium size fluvial boats. First assays, in the original way, pure diesel operation had been executed. After that, the dual fuel operation was conducted with manual control of diesel and gas injection. The experimental results had been used for comparison between the two ways of operation and as a base line for elaboration of the system of reversible conversion, always keeping the same levels of torque and power of the engine. In a second stage, a methodology for construction of the system of control for dual fuel supplying was created. A specific curve of functioning, simulating the operation of the engine connected to a propeller, was used for that. The control was projected, constructed and adapted in the engine for the realization of performance tests and system validation. The engine was tested again in the two modes of operation and the results compared in terms of overall performance, efficiency and emission levels (particulates). The acquired results confirm the economic viability and technique of the dual fuel operation of the engine with the same levels of torque and power of the original diesel engine, validating the projected system of control. Significant reductions of the emissions (particulates) with a satisfactory performance for all the evaluated points of operation was observed. The imposed substitution (diesel-gas) rate is around 70%, limited by the control system, to minimize the risks of possible damages to the engine in terms of overheating of the injector atomizers and knocking occurrence.

p. 1 - 117 / Submitted by Santiago Fabio (fabio.ssantiago@hotmail.com) on 2013-01-23T19:22:59Z No. of bitstreams: 1 aaaaaaaaa.pdf: 739341 bytes, checksum: b96f6857bde51353e8ee4682866977b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-23T19:22:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 aaaaaaaaa.pdf: 739341 bytes, checksum: b96f6857bde51353e8ee4682866977b7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Este trabalho teve dois objetivos: investigar o grau a satisfação dos usuários residenciais de gás natural em Salvador (Ba), e refletir sobre os aspectos do processo de compra (adesão) do gás natural neste segmento de mercado. Neste estudo, através da aplicação de um roteiro de entrevistas semi-estruturado, (questionário) foi realizada uma pesquisa de campo com os usuários residenciais de gás natural em Salvador, buscando argumentos para os seguintes pressupostos: (1) os usuários do segmento residencial não conhecem a diferença entre gás natural e o gás liquefeito de petróleo; (2) apesar da maior segurança, o fornecimento contínuo seria o maior atrativo para adesão; (3) os usuários de gás natural no segmento residencial, têm necessidades de serviços que não são prestados pela distribuidora; (4) uma das barreiras à escolha do gás natural é o receio da possibilidade de desabastecimento e (5) os usuários deste segmento na cidade de Salvador, estão satisfeitos com os serviços prestados pela distribuidora. Os resultados mostraram fortes indícios a favor dos pressupostos (1) e (5), como também indicaram que os pressupostos (3) e (4) não se verificaram. Quanto ao pressuposto (2), a comodidade/praticidade do fornecimento contínuo se mostrou se um forte atrativo, porém o preço, também teve um peso importante na motivação para adesão ao serviço. Além disso, foram identificados vetores de sentido que levam os usuários a fazer opção pelo gás natural: a comodidade/praticidade, vantagem econômica relacionada ao preço, segurança e de forma ainda embrionária, o gás natural foi percebido como um combustível ecologicamente correto. Estes vetores de sentido poderão ser utilizados pela distribuidora nas suas estratégias para difusão de informações sobre o gás natural como diferencial para o segmento residencial. / Salvador

The thesis evaluates and quantifies the residual shape risk on the Czech nat- ural gas market. The risk stems from insufficient liquidity of forward mar- ket, when energy supplier has to hedge his short shaped sales by standard baseload products available at wholesale market. Hence, energy supplier is always left with residual position, which has to be closed at spot market. We model the residual shape risk as a difference between spot and forward prices weighted by residual position, which is derived from the shape of innogy En- ergie, s.r.o. household portfolio. In order to do so we develop model for a spot price dynamics based on the daily index OTE. We price forward contracts as expected spot price at delivery. The spot price dynamics is modelled as a mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck process, while assuming two different driving stochastic processes for innovations. First, we model them as a mixed jump diffusion process. Second, we estimate control model assuming innova- tions to come from the normal inverse Gaussian distribution. The residual shape risk is then evaluated by Monte Carlo simulation of spot price paths, which we use for hedging the portfolio shape. Five percent Value-at-Risk and the Expected Shortfall measures for the jump mixed diffusion process yield costs of 0.013 and 0.016 EUR/MWh,...

Durant ces 40 dernières années, le gaz naturel a vu son utilisation augmenter jusqu’à constituer aujourd’hui la troisième ressource énergétique mondiale. Il est alors devenu nécessaire de l’acheminer sur des distances de plus en plus longues entre les lieux d’extraction et de consommation. Ce transport peut s’effectuer à l’état liquide par des méthaniers ou à l’état gazeux par le biais des réseaux de transport de gaz naturel composés de canalisations de grandes dimensions, tant en diamètre qu’en longueur. Cette thèse porte sur la modélisation et l’optimisation de la configuration des réseaux de transport de gaz naturel et sur l’application au cas du réseau principal de transport français qui présente plusieurs particularités. En effet, il s’agit d’un réseau de grandes dimensions, fortement maillé pour lequel plusieurs sources d’approvisionnement sont possibles pour desservir divers points de consommation. Il possède en outre, des stations d’interconnexion entre les canalisations. GRTgaz en est le gestionnaire. Ce travail concerne l’étude de la faisabilité de configurer le réseau de transport pour un scénario d’approvisionnement et de consommation. Le coeur de cette thèse porte sur le développement d’un modèle de réseau de transport de gaz et sur la détermination des flux et des configurations des stations d’interconnexion dans ce réseau à l’aide d’outils d’optimisation. L’une des innovations est la description et la modélisation des stations d’interconnexion, carrefours incontournables du réseau. Deux modèles sont ainsi proposés, faisant intervenir une formulation d’une part mixte non linéaire en nombres entiers et d’autre part, non linéaire continue. Leur efficacité en fonction de différents solveurs d’optimisation est ensuite discutée. Le choix de la meilleure formulation du problème de transport de gaz naturel a été étudié sur un ensemble de réseaux fictifs, mais représentatifs du réseau français. La meilleure stratégie, basée sur l’utilisation combinée d’une ormulation non linéaire continue, du choix de la pression comme variable et d’une initialisation par un sous-problème a ensuite été appliquée sur des instances de taille réelle. Les difficultés du passage à des instances réelles ont ensuite été résolues à l’aide de deux améliorations: d’une part, la mise à l’échelle des variables a permis de mieux conditionner le problème, puis d’autre part, une suite de relaxations a été employée afin de résoudre tous les cas réels. Les solutions sont finalement validées à l’aide de solutions métiers existantes. / In the past 40 years, the use of natural gas has grown , so that it became the third most commonly used fuel Its use requires infrastructure for its transport over large distances between the places of extraction and consumption. This transport can be carried out by liquid methane or a gaseous state through networks of natural gas transmission pipelines that are large in both diameter and length. This thesis focuses on the optimization of natural gas transmission networks and the application to the case of the main french transmission one which presents several peculiarities. Indeed, it is a highly meshed network in which multiple sources of supply are available to feed various points of consumption. This network also owns stations of interconnection between pipelines. In this context, GRTgazis the system operator on the French territory. This work concerns the study of the feasibility of scenarios for supply and consumption. The core of this thesis is the development of a model of a gas transmission network and the determination of ows using optimization tools. One innovative aspect deals with the description and modeling of interconnection stations, that are the main hubs of the network. Two models are proposed, either based on a mixed integer non-linear formulation or on nonlinear continuous one. Their eciencyunder dierent optimization solvers are discussed. The choice of the best formulation of the problem of transportation of natural gas has been studied on a set of network ctitious, but enough representative of the french network. The best strategy, based on a continuous non-linear formulation, involving the choice of pressure as a variable as well as a sub-problem for initialization purpose was then applied to instances of actual size. The diculties of the transition to real cases were then solved using two improvements: rst, variable scale which provided a better condition the problem, then a series of relaxation have been used to solve all real cases. The solutions are nally validated using existing business applications.

Dutos de transmissão são tubulações especialmente desenvolvidas para transportar produtos diversos a longas distâncias e representam a forma mais segura e econômica de transporte para grandes quantidades de fluidos. Os dutos de gás natural, denominados gasodutos, são usados para transportar o gás desde os campos de produção até os centros consumidores, onde o gás é inserido em redes de distribuição para entrega aos consumidores finais. Os gasodutos de transporte apresentam diversas características de monopólio natural, que são o principal argumento econômico para sua regulação. A regulação visa garantir que esta atividade seja explorada de maneira eficiente, refletindo em tarifas de transporte justas para os consumidores e que proporcionem o retorno adequado aos investidores, levando-se em consideração a quantidade de gás transportado. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo propor metodologias de otimização multi-objetivo de projetos de redes de gasodutos de transporte, envolvendo métodos a posteriori. O problema de otimização formulado contempla restrições associadas ao escoamento do gás e o comportamento das estações de compressão. A solução do problema fornece um conjunto de projetos ótimos de redes de transporte em função da maximização da quantidade de gás natural transportado e da minimização da tarifa associada a esse serviço. A ferramenta foi aplicada a diversos estudos de caso com configurações típicas da indústria de transporte de gás natural. Os resultados mostraram que as metodologias propostas são capazes de fornecer subsídios que permitem ao tomador de decisão do ponto de vista regulatório realizar uma análise de trade-off entre a quantidade de gás transportado e a tarifa, buscando assim atender ao interesse da sociedade em relação à exploração do serviço de transporte / Transmition pipelines are especially designed pipes to transport a variety of products through long distances and represent the safest and most economical method of transporting large quantities of fluids. The natural gas pipelines, called gas pipelines, are employed in gas transportation from the production fields up to the consumer centers, where the gas is introducted in the distribution networks to be delivered to final consumers. The transportation pipelines present several attributes of natural monopoly which are the main economic reason for their regulation. Regulation aims to ensure the efficient exploration of this activity leading to fair transportation tariff to the consumers and reasonable return on investment to the investors, taking into account the amount of transported gas. In this context, the present work has the objective to propose methodologies for the multi-objective optimization of designs for natural gas transportation pipeline networks employing a posteriori methods. The formulated optimization issue comprises restrictions associated to gas flow and compressor stations behavior. The solution provides a group of optimum transport network designs concerning the maximization of the amount of transported natural gas and the minimization of the tariff associated to this service. The tool was employed in a variety of case studies with typical configurations of the natural gas transport industry. The results showed that the proposed methodologies are able to provide information which will permit that the decision maker, from the regulatory point of view, performs a trade-off analysis considering the amount of transported gas and the tariff, aiming to fulfill the society expectations concerning the exploration of transport service

Orientador: Prof. Dr. Sinclair Mallet Guy Guerra / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / Since the inauguration of the Bolivia-Brazil gas pipeline (GASBOL) in July 1999, the share of natural gas (NG) in the energy matrix has grown more than any other energy source. In 1999 its share was 4.1% and in 2011, 10.2%. In order to economically make possible the penetration of NG into the Brazilian energy matrix and due to the energy crisis ("blackout") experienced by the country at the beginning of the 21st century, MME and Petrobras launched a demand formation plan for NG. This plan became known as "Massification of NG". Through fiscal incentives and an attractive price policy, the bases for NG penetration in the Brazilian economy were implemented. These strategies encountered problems along the way, especially those related to security of supply and changes in pricing policy. Even so, NG today in the energy matrix is a reality and represented 13.7% of the Brazilian energy matrix in 2015. In fact, the penetration of NG observed specifically between the years 2000 and 2011, the period contemplated by this thesis, promoted several Socioeconomic and environmental impacts. This study period was chosen according to the date of inauguration of GASBOL and due to the availability of data regarding the input-output model. With the purpose of quantifying and qualitatively analyzing these impacts, the present study aimed to analyze the impacts of the recently implemented Natural Gas Industry (NGI) in Brazil. For this, the input-output model was used with 49 sectors and 52 products and the following variables were analyzed: production value, employment generation, GDP, tax collection and emission of pollutants (CO2, CH4 and N2O). The phases of investment and operation were analyzed. Through a counterfactual scenario, where the economic structure of the year 2000 was mirrored in the economic structure of 2011, in relation to products and sectors related to NG. In other words, it was conjectured that there was no observed penetration of NG in the national energy matrix and, if this had occurred, some fuel would have replaced it. The literature consulted suggests that this fuel would have been the fuel oil (FO) in most cases, with the exception of the Residential sector that conjectured LPG and electricity and in the Road Transportation sector, gasoline and alcohol. The results found for both phases suggest that with the penetration of the FO to the detriment of NG the economy as a whole became less efficient and started to pollute more, even though it increased the variation of the value of production, the generation of jobs, of GDP and the collection of taxes. This is due to the fact that it was necessary to offer more tep's of energy and more workers to meet the same final demand. In addition, the state started to pollute more. Despite the fact that, in the counterfactual scenario, the value of production, job creation, GDP and tax collection varied positively, these results are accompanied by a less efficient and more polluting State. It would be up to society to decide on one or another alternative within national energy planning in a new economic cycle within the IGN chain in Brazil. / Desde a inauguração do gasoduto Bolívia-Brasil (GASBOL), em Julho de 1999, a participação do gás natural (GN) na matriz energética cresceu mais do que qualquer outra fonte de energia. Em 1999 sua participação era de 4,1% e em 2011, 10,2%. Com o intuito de viabilizar economicamente a penetração do GN na matriz energética brasileira e em função da crise energética ("apagão") vivenciado pelo país no início do século XXI, o MME e a Petrobras lançaram um plano de formação de demanda para o GN. Esse plano ficou conhecido como "Massificação do GN". Por meio de incentivos fiscais e uma política de preços atrativos foram implantadas as bases para penetração do GN na economia brasileira. Essas estratégia encontrou problemas ao longo do caminho, sobretudo aos relacionados à segurança no abastecimento e às mudanças na política de preços. Mesmo assim, o GN hoje na matriz energética é uma realidade e representou 13,7% da matriz energética brasileira em 2015. De fato, a penetração de GN observada especificamente entre os anos 2000 e 2011, período este contemplado por esta tese, promoveu diversos impactos socioeconômicos e ambientais. Foi escolhido este período de estudo em função da data de inauguração do GASBOL e devido à disponibilidade de dados referentes ao modelo de insumo-produto. Com o intuito de quantificar e analisar qualitativamente esses impactos, o presente estudo teve como objetivo analisar os impactos decorrentes da recém implantada Indústria de Gás Natural (IGN) do Brasil. Para isso, foi utilizado o modelo de insumo-produto com 49 setores e 52 produtos e foram analisados impactos nas seguintes variáveis: valor da produção, geração de empregos, PIB, arrecadação de impostos e emissão de poluentes (CO2, CH4 e N2O). Foram analisadas as fases de investimento e operação. Através de um cenário contrafactual, onde a estrutura econômica do ano 2000 foi espelhada na estrutura econômica de 2011, com relação aos produtos e setores relacionados ao GN. Em outras palavras, conjecturou-se que não houve a penetração observada de GN na matriz energética nacional e, se isso tivesse ocorrido, algum combustível o teria substituído. A bibliografia consultada sugere que esse combustível teria sido o óleo combustível (OC) na maioria dos casos, com exceção do setor Residencial que conjecturou-se o GLP e a eletricidade e no setor de Transporte Rodoviário, gasolina e álcool. Os resultados encontrados, para ambas as fases, sugerem que com a penetração do OC em detrimento do GN a economia como um todo se tornou menos eficiente e passou a poluir mais, mesmo tendo aumentado a variação do valor da produção, da geração de empregos, do PIB e da arrecadação de impostos. Isso se deve ao fato que foi necessário ofertar mais tep's de energia e mais trabalhadores para atender uma mesma demanda final. Além disso, o Estado passou a poluir mais. Em que pese ser positivo o fato de que, no cenário contrafactual, o valor da produção, a geração de empregos, o PIB e a arrecadação de impostos tiveram variação positiva, esses resultados vêm acompanhado de um Estado menos eficiente e que polui mais. Caberia a sociedade decidir por uma ou outra alternativa dentro do planejamento energético nacional em um novo ciclo econômico dentro da cadeia da IGN do Brasil.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4842.pdf: 3843983 bytes, checksum: dba16fdf2f921799ee872793185384b3 (MD5) Previous issue date: 2012-10-31 / The filtration of gases is an important industrial operation with the primary aim of removing unwanted solid particles contained in a gas. The filtration of gases at high pressures is an operation widely used in natural gas industry with the aim of separating impurities called black powder, from rust inside pipelines along the transportation. These residues can cause wear on equipment such as, for example, rotor pump, obstruction of gauges and pressure decrease in product quality. Despite being an operation widely used, few studies exist in the area to study what the best type of filter. Therefore this study is very useful to improve the steps of transportation, measurement and purity of the final product. To simulate this process, we used the dry compressed air, injecting a phosphate rock as particulate matter. The filters were tested RAD cellulose and acrylic. The surface speed of filtration was kept constant at 0.05 m / s, throughout the filtering operation. The flow of compressed air used were 14 l / min to the total pressure 1 bar, 42 l / min at a total pressure of 3 bar and 86 l / min at a total pressure of 6 bar. Total load losses were 5, 10, 20 and 30 mbar. The results showed that, initially, the curves of head loss versus deposited mass showed the same growth trend. However, when forming a layer of cake from about 0.03 kg/m2, the filtrations higher pressures had lower pressure loss. This is because the larger pressure forming pies more porous and less resistant to air flow. At the end of the study it was also observed that the acrylic filter performed better compared to the cellulose RAD, due to its greater mass of accumulated dust and low pressure drop. / A filtração de gases é uma importante operação industrial com o principal intuito de remover as partículas sólidas indesejadas contidas em um determinado gás. A filtração de gases a altas pressões é uma operação muito utilizada na indústria de gás natural com o objetivo de separar as impurezas denominadas pó preto, provenientes da oxidação no interior de gasodutos ao longo do seu transporte. Estes resíduos podem causar desgaste de equipamentos como, por exemplo, rotor de bombas, obstrução de aparelhos de medição de pressão e diminuição da qualidade do produto. Apesar de ser uma operação muito utilizada, poucas pesquisas existem na área a fim de estudar qual o melhor tipo de filtro. Por isso este estudo é muito útil no sentido de melhorar as etapas de transporte, medição e pureza do produto final. Para simular este processo, foi utilizado o ar comprimido seco, injetando-se a rocha fosfática como material particulado. Os filtros testados foram de celulose RAD+ e acrílico. A velocidade superficial de filtração foi mantida constante em 0,05 m/s, durante toda a operação de filtração. As vazões do ar comprimido utilizadas foram de 14 l/min para a pressão total de 1 bar, 42 l/min para a pressão total de 3 bar e 86 l/min para a pressão total de 6 bar. As perdas de carga totais foram de 5, 10, 20 e 30 mbar. Os principais resultados mostraram que, inicialmente, as curvas de perda de carga versus massa depositada apresentaram igual tendência de crescimento. Porém, no momento que forma uma camada de torta a partir de aproximadamente 0,03 kg/m2, as filtrações de maiores pressões apresentaram menor perda de carga. Isso porque as maiores pressões formam tortas mais porosas e menos resistentes ao escoamento de ar. Ao final do estudo observou-se também que o filtro de acrílico obteve melhor desempenho comparado com o de celulose RAD+, por apresentar maior massa de pó acumulada e menor perda de carga.

Variable Valve Timing (VVT) presents a powerful tool in the relentless pursuit of efficiency improvements in the internal combustion engine. As the valves have such ultimate control over the gas exchange processes, extensive research effort in this area has shown how valve event timing can be manipulated to reduce engine pumping losses, fuel consumption and engine out emissions. Pumping losses may be significantly reduced by use of throttleless strategies, making use of intake valve duration for load control, while alternative cycles such as the Miller cycle allow modification of the effective compression ratio. More recently, the value of single valve operation in part load conditions is exploited, bringing with it the concept of asymmetric valve lifts. Work in this area found the side effect of asymmetric valve operation is a significant change in the behaviour of the in-cylinder flow structures, velocities and turbulence intensity. Work presented in this thesis exploits asymmetric valve strategies to modify the in-cylinder flow conditions. The Proper Orthogonal Decomposition (POD) is a method employed in the fluids dynamics field to facilitate the separation of coherent motion structures from the turbulence. In the presented work, the application of POD to in-cylinder flow analysis is further developed by the introduction of a novel method for identifying the POD modes representative of coherent motion and those representative of the turbulence. A POD mode correlation based technique is introduced and developed, with the resulting fields showing evidence of coherence and turbulence respectively. Experimental tests are carried out using a full length optically accessible, single cylinder research engine equipped with a fully variable valve train (FVVT) to allow full control of both valve timing and lift. In-cylinder flow is measured through the use of Particle Image Velocimetry (PIV) at several crank angle timings during the intake stroke whilst the engine is operated under a range of asymmetric valve strategies. The exhaust valves and one intake valve have their respective schedules fixed, while the second intake valve schedule is adjusted to 80\%, 60\%, 40\%, 20\%, 0\% lift. The resulting PIV fields are separated into coherent motion and turbulence using the developed technique, allowing for analysis of each constituent independently. The coherent element gives insight to large scale flows, often of the order of magnitude of the cylinder. These structures not only give a clear indication of the overall motion and allow assessment of flow characteristics such as swirl and tumble ratio, but the variation in the spatial location of these structures provides additional insight to the cyclic to cycle variation (CCV) of the flow, which would not otherwise be possible due to the inclusion of the turbulent data. Similarly, with the cyclic variation removed from the turbulent velocity field, a true account of the fluctuating velocity, u' and derived values such as the Turbulent Kinetic Energy (TKE) may be gained. Results show how manipulation of a one intake valve timing can influence both the large scale motions and the turbulence intensity. By the reduction of lift, the swirl ratio is increased almost linearly as the typical counter-rotating vortex pair becomes asymmetric, before a single vortex structure is observed in the lowest lift cases. A switching mechanism between the two is identified and found to be responsible for increased levels of CCV. With the reduction in lift, TKE is observed not only to increase, but change the spatial distribution of turbulence. Of course, the reduction in valve lift comes with the penalty of a reduced valve curtain area. However, it was identified both in literature and throughout this study that the reduction in lift did not negatively influence the engine breathing as the same trapped mass was achieved under all cases with no adjustment of manifold pressure. While literature shows both bulk motion and turbulence are key in liquid fuel break-up during the intake stroke, the mixing effects under port-injected natural gas were investigated experimentally using Laser Induced Fluorescence (LIF). The valve strategy was found to have no significant effect on the mixture distribution at the time of spark.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-05-20T15:06:45Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 3354479 bytes, checksum: 996d07df4c09abbfebfb68b78cde4ed6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T15:06:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 3354479 bytes, checksum: 996d07df4c09abbfebfb68b78cde4ed6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The compressed natural gas (CNG) is a fossil derivative mostly comprised of light hydrocarbons (methane, ethane, and propane), which has great energy importance for modern society. Considering the growing demand for CNG, it is also necessary to an effective control of the composition of the majority gases, which are mainly responsible for the energy efficiency of this fuel. The composition of these gases in CNG follows a certain pattern of conformity (control group) established by the ANP (National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels), to ensure the energy efficiency of CNG sold in Brazil. This work proposes the development of a methodology for automatic preparation of gas mixtures of methane standards, ethane and propane, in order to chromatographic determination of these gases levels in CNG, employing elaborate calibration models and validated by analysis of variance (ANOVA) and test recovery. The automatic system is of the dynamic type and is fully controlled by a program in order to prepare, as programmed by the user, binary mixtures of nitrogen / methane / nitrogen and nitrogen ethane / propane at levels (at fraction mol / mol) ranging in order to obtain good calibration models that consider the concentrations of these gases in the CNG. The evaluation methodology using ANOVA was quite satisfactory, the models built for the three gases methane, ethane and propane showed a high correlation (R2> 0.99) and significant in the regression, and showed no lack of fit and systematic variation at the residual plot. The performance parameters obtained from built models had lower detection and quantification limits 10-2 to 10-1, the analytical frequency was 4 samples per hour. A recovery study , involving three gas mixtures of certified composition and Natural Gas sample Vehicle (NGV) was also performed and the percentage values mean were 99.7 ± 3.1; 100.7 ± 4.4 and 98.0 ± 5.8 for methane, ethane and propane, respectively. The conclusion is based on the recovery values, as well as ANOVA, the proposed method was validated, with satisfactory precision and accuracy. / O gás natural veicular (GNV) é um derivado fóssil composto majoritariamente por hidrocarbonetos leves (metano, etano e propano), que tem grande importância energética para a sociedade moderna. Considerando a crescente demanda de GNV, se faz necessário, também, um efetivo controle da composição destes gases majoritários, que são os principais responsáveis pela eficiência energética deste combustível. A composição destes gases em GNV segue um determinado padrão de conformidade (faixa de controle) estabelecido pela ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis), de modo a garantir a eficiência energética do GNV comercializado no Brasil. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia para preparação automática de misturas gasosas padrões de metano, etano e propano, visando à determinação cromatográfica dos teores destes gases em GNV, empregando modelos de calibração elaborados e validados por análise de variância (ANOVA) e teste de recuperação. O sistema automático é do tipo dinâmico e é totalmente controlado por um programa de modo a preparar, conforme programado pelo usuário, misturas binárias de nitrogênio/metano, de nitrogênio/etano e de nitrogênio/propano, com teores (em fração mol/mol) que variam de modo a se obter bons modelos de calibração que contemplem as concentrações desses gases no GNV. A avaliação da metodologia por meio da ANOVA foi bastante satisfatória, os modelos construídos para os três gases metano, etano e propano apresentaram uma alta correlação (R2 > 0,99) e significância na regressão, e não demonstraram falta de ajuste e variação sistemática no gráfico dos resíduos. Os parâmetros de desempenho obtidos a partir dos modelos construídos tiveram limites de detecção menores que 10-2 e de quantificação menores que 10-1, a frequência de amostragem foi 4 amostras por hora. Um estudo de recuperação, envolvendo três misturas gasosas de composição certificada e uma amostra de Gás Natural Veicular (GNV), foi também realizado e os valores médios percentuais obtidos foram de 99,7 ± 3,1; 100,7 ± 4,4 e 98,0 ± 5,8 para o metano, etano e propano, respectivamente. Conclui-se com base nos valores de recuperação, bem como na ANOVA, que o método proposto foi devidamente validado, apresentando uma satisfatória precisão e exatidão.