Os motores de foguetes baseados em ciclos combinados têm sido largamente discutidos e aplicados nos sistemas de propulsão de veículos lançadores reutilizáveis devido ao fato de apresentarem baixa relação empuxo x peso e elevado impulso específico, podendo assim ampliarem a carga útil transportada. Este trabalho tem por finalidade explanar a variedade de motores de foguetes baseados em ciclos combinados. E dentro desta perspectiva apresentar um estudo de um motor de ciclo combinado que é híbrido entre motor turbo-foguete e propulsão aspirada, denominado motor turbo-foguete aspirado - ATR como uma proposta de motor auxiliar reutilizável para veículos lançadores de satélites. A análise do motor turbo-foguete aspirado proposto será feita através do desenvolvimento de uma metodologia computacional baseada em linguagem de programação orientada a objeto (C++) e o código aberto Cantera (GOODWIN, 2002). Esta análise consiste na obtenção de dados termodinâmicos e parâmetros de seus componentes para a configuração do motor ATR proposto, de modo que venha facilitar o desenvolvimento do projeto do motor do tipo ATR. Ao término deste trabalho ter-se-á uma ferramenta de análise do motor ATR bem como demais motores que apresentem a propulsão aspirada em seu sistema de propulsão.

No presente trabalho foi desenvolvido um suporte catalítico monolítico para fins aeroespaciais empregando a manufatura aditiva. Para tanto, foi proposta uma geometria que proporcione um escoamento turbulento, permitindo um maior contato entre o reagente e a superfície do catalisador, proporcionando menor perda de carga ao sistema. Esta nova estrutura foi obtida via manufatura aditiva, através da técnica de Sinterização Seletiva a Laser (SLS) indireta. Para utilizar a técnica SLS e material cerâmico, foi necessário desenvolver um revestimento sobre as partículas de alumina para promover a aderência entre as mesmas durante o processo de manufatura aditiva. Em seguida foram definidos, experimentalmente, os parâmetros de aplicação da técnica SLS para o compósito alumina/poliamida. Por fim, foi fabricado, via SLS, o suporte catalítico na forma monolítica. Após a confecção do suporte monolítico, foi desenvolvido um revestimento composto de pseudo-boemita e nitrato de alumínio e aplicado na superfície do monólito, a fim de expandir a área superficial específica do material. Este aumento da área específica favorece a dispersão da fase ativa, composta de óxidos de cobalto e manganês, na superfície do suporte. A caracterização do catalisador monolítico foi realizada a partir das técnicas de Adsorção de Nitrogênio, Análise Termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectrometria de Emissão Ótica com Fonte de Plasma (ICP-OES). O desempenho do catalisador monolítico na decomposição do H2O2 concentrado foi analisado via teste de gota, monitorado por câmera de alta velocidade. Os bons resultados obtidos nesta reação apontam esta técnica de obtenção de suporte catalítico monolítico através da manufatura aditiva como uma metodologia promissora a ser empregada em sistemas catalíticos com elevada difusão de massa e calor, mas principalmente em sistemas propulsivos a monopropelente. / This work was developed by the additive manufacture monolithic catalytic support to apply aerospace applications. A geometry was proposed to implement a turbulent flow allowing a better contact with catalytic surface and reagent with a low pressure drop in the system. This new structure was obtained by additive manufacture through indirect Selective Laser Sintering (SLS) technique. Firstly, in order to use the SLS for the ceramic material was developed a coating on the alumina particles to promote a melting between them during addictive manufacturing process. Secondly, the printer parameters SLS was configurated into the alumina/polyamide particle. Finally, the monolithic catalytic support was built via SLS. After the monolithic support building, the pseudo-boehmite and aluminum nitrate coating was developed and applied on the monolithic surface to increase the specific superficial area of the material. This increasing of the specific surface area helps the spread of the active phase to made up of cobalt and manganese oxide in the support surface. The characterization of the monolithic catalyst was carried out using the nitrogen adsorption technique, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and inductive coupled plasma with optical emission spectrometry. The monolithic catalytic performance in the H2O2 concentrated decomposition was analyzed via drop test monitored by the high-speed camera. The good results of this reaction and such a technique of monolithic catalytic support obtainment through the additive manufacture show that a promising methodology can be used in the catalytic system with high diffusion of mass and heat but mainly, in monopropellant propulsive system.

Submitted by FERNANDO RIBEIRO FILADELFO null (frfiladelfo@yahoo.com.br) on 2017-02-06T19:39:20Z No. of bitstreams: 1 FILADELFO F R - Tese Doutorado - FEG - UNESP.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-09T19:05:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 filadelfo_fr_dr_guara.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-09T19:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 filadelfo_fr_dr_guara.pdf: 2806067 bytes, checksum: 24caf6543f9f724de7248956a15f5279 (MD5) Previous issue date: 2016-12-07 / Veículos elétricos são considerados a melhor alternativa aos veículos com motores de combustão interna, apresentando vantagens bastante significativas, tais como: emissão zero de poluentes, alta eficiência dos motores elétricos e baixa emissão de ruído acústico. O sistema de propulsão de um veículo elétrico consiste basicamente de uma ou mais fontes de energia, um ou mais motores, conversores de potência, componentes eletrônicos, componentes mecânicos para transmissão de torque e velocidade e rodas com pneus. Neste trabalho é proposta a modelagem de um sistema de propulsão para um veículo elétrico, que inclui o modelo dinâmico veicular para movimento longitudinal, o modelo dinâmico do motor elétrico, o modelo do conversor utilizado para acionamento do motor e o modelo do sistema de controle. Devido às características bastante adequadas para aplicação em sistemas de propulsão automotiva, o motor de indução trifásico é o selecionado para estudo. A estratégia de controle para acionamento do motor, foco deste trabalho, é o Controle Vetorial Direto Orientado pelo Fluxo do Estator, que garante alto desempenho, rápida resposta dinâmica e apresenta insensibilidade à variação de parâmetros do motor durante sua operação. São desenvolvidas novas técnicas para a reconstrução dos sinais das tensões do estator a partir de sinais de controle PWM do conversor e da tensão DC que alimenta o inversor e estimativa da amplitude e posição angular do vetor espacial do fluxo do estator, primordial para a estratégia de controle adotada. A modelagem é toda desenvolvida utilizando o software PSIM e os resultados de simulação são apresentados. / Electric vehicles are the best alternative to internal combustion engines vehicles, presenting significant advantages such as: zero emission of pollutants, high efficiency of electric motors and low noise emission. Basically, an electric vehicle propulsion system consists of one or more energy sources, one or more engines, power converters, electronic components, mechanical components for torque and speed transmission, and wheels with tires. This work proposes the modeling of a propulsion system for an electric vehicle, which includes the dynamic vehicle model for longitudinal movement, the dynamic model of the electric motor, the model of the converter used as motor driver and the model of the control system. Due to very suitable characteristics for application in automotive propulsion systems, three-phase induction motor is chosen for this study. Focus of this work, Direct Stator-Flux-Oriented Vector Control is the control strategy for the motor drive, which guarantees high performance, fast dynamic response and insensitivity due motor parameters variation during its operation. New techniques are developed for the reconstruction of the stator voltages signals from the PWM control signals of the converter and the DC voltage that feeds the inverter and the estimation of the amplitude and angular position of the spatial vector of the stator flux, primordial for the adopted control strategy. Modeling is developed using PSIM software and simulation results are presented.

The ship emission already occupy the eighth position in the world biggest emitters ranking. This happens because the ship operations have a huge demand variation therefore in order to reduce the ship emissions is required an efficient operation of the generators. This work aims at integrating advanced storage systems into the operation of diesel generators. The variation of the operation point has a direct interference on the emissions and on the diesel consumption, this variation is allowed through the frequency and voltage control. The use of lithium batteries for various operation points of the generators is analyzed. The use of an energy storage system allowed the operation of the generators in a better operation point therefore there was a reduction in diesel consumption and in CO2 emissions when the diesel generators. The main result of this work could also shed light in the operation of isolated power systems equipped with advanced storage systems and diesel generators. / As emissões dos navios já ocupam a oitava posição entre os países com maior emissão no mundo. Isso pode ser explicado pelo fato de que as operações dos navios têm uma grande variação de demanda de potência, com isso a operação inteligente dos geradores a diesel é fundamental para a redução das emissões. A abordagem desenvolvida nesse trabalho integra o uso de sistemas de armazenamento avançados na operação dos geradores a diesel. A variação do ponto de operação dos geradores a diesel interfere diretamente no consumo e nas emissões, essa variação só é possível por meio do controle de frequência e tensão providos pelo sistema de armazenamento de energia. Nesse trabalho foram analisados o uso de baterias de lítio para diferentes pontos de operação do gerador a diesel. O uso das baterias possibilitou a operação dos geradores num melhor ponto de carga com isso houve uma redução das emissões e do consumo de combustível. Os resultados encontrados nesse trabalho podem ser extrapolados qualitativamente para outros sistemas de potência offshore, como plataformas de petróleo e de perfuração, que operem com sistemas de baterias avançadas e geradores a diesel.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2017-03-16T13:17:39Z No. of bitstreams: 1 Claudinilson Alves Luczkiewicz_.pdf: 1630762 bytes, checksum: 2bfd6665aa09c3c9c751c44c759f2463 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T13:17:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Claudinilson Alves Luczkiewicz_.pdf: 1630762 bytes, checksum: 2bfd6665aa09c3c9c751c44c759f2463 (MD5) Previous issue date: 2017-02-07 / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Esta pesquisa objetiva explorar a alternativa de propulsão automotiva elétrica e apresentar uma proposta de utilização de equipamentos industriais produzidos em larga escala que possam ser inseridos no subsistema de propulsão de um veículo elétrico com características populares, para, dessa forma, oferecer uma alternativa de rápida inserção dos veículos em centros urbanos. As características de potência e torque da alternativa proposta foram investigadas através da dinâmica longitudinal veicular e dos equipamentos existentes comercializados. São avaliadas três configurações de propulsão, sendo um propulsor elétrico conectado de forma única, com dois propulsores independentes conectados nas rodas traseiras e com quatro propulsores independentes conectados diretamente nas rodas. Foram avaliados também aspectos econômicos, podendo em certos casos apresentar custos atrativos ao consumidor final. Os principais resultados, de acordo com as características técnicas dos equipamentos, a viabilidade econômica e o peso, demonstram que a potência mínima necessária para o desempenho do subsistema de tração deve ser de 33,70 kW com o consumo de energia de 19,10 kWh, estando distribuído na configuração com dois propulsores independentes conectados nas rodas traseiras. / The objective of this study is to explore the alternative of electric automotive propulsion and present a proposal for the use of industrial equipment ever produced on a large scale that can be inserted to the propulsion subsystem of an electric vehicle with popular features, and thus offer an alternative fast integration of vehicles in urban centers. The power and torque characteristics of the alternative proposal were investigated for longitudinal vehicle dynamics and its equipment sold. Three driving settings are evaluated, and an electric thruster connected in a unique way, with two independent propellers connected to the rear wheels and four independent drivers directly connected to the wheels. It is also observed the characteristic of economic viability may present attractive costs to the final consumer. The main results, according to the technical characteristics of the equipment, economic viability and weight, show that the minimum power required for the performance of the traction subsystem should be 33.70 kW with energy consumption of 19.10 kWh and distributed in the configuration with two independent propellers connected to the rear wheels.

Este trabalho apresenta a contribuição obtida no desenvolvimento de um Gerador de Eletricidade Híbrido (HYBRIDGEN), com tecnologia nacional, focado nos sistemas de terceira geração de energia elétrica híbrido, composto por um módulo de células a combustível tipo PEMFC, associado a um acumulador chumbo ácido. Mostra-se também a sua capacidade de operar em modo contínuo, carga com demanda variável e fator de carga inferior a 50%. Foram abordados quatro temas principais. O primeiro refere-se a um estudo para a melhoria da eficácia na conversão de energia em corrente contínua (cc), ao regular o potencial de saída do conversor cc-cc. A energia é proveniente do módulo de célula a combustível de 1 kWe, equipado com sistema térmico de refrigeração e sistema de alimentação de gases, aqui denominados MCC1. Para tal, foi construído o modelo matemático do sistema conversor de corrente contínua (sistema conversor cc-cc), com solução suportada em equações diferenciais algébricas, ensaios no MCC1, bem como em simulação computacional no programa MATLAB7®. O segundo tema refere-se ao desenvolvimento do projeto e montagem do protótipo do HYBRIDGEN devido à inexistência no mercado brasileiro de um equipamento com as características necessárias tanto para a pesquisa, quanto para uso comercial. Desenvolveu-se uma placa controladora para o acumulador (PCC), os esquemas elétricos, os barramentos e o sistema de relés. Também foi utilizado o MCC1 em desenvolvimento pelo IPEN e ELECTROCELL® com tecnologia 100% nacional. O HYBRIDGEN foi instalado em um sistema móvel. O terceiro tema refere-se à análise de estabilidade do modelo matemático do sistema conversor cc-cc. Utilizou-se de quatro testes de estabilidade, sendo: 1 - pela Resposta em Frequência ao utilizar o Teorema do Mapeamento, de Nyquist; 2 - Lugar das Raízes, de Nyquist; 3 - função de teste Degrau, em pontos de operação e, 4 - função de teste Impulso, em pontos de operação. Por fim, apresentaram-se os resultados dos ensaios de potencial e corrente de uma célula a combustível unitária de 25 cm2, do MCC1, e do HYBRIDGEN. No desenvolvimento dos primeiros testes o MCC1 atingiu 704,55 We, (potência considerada condição predominante de operação). A seguir, demonstrou-se a capacidade do HYBRIDGEN para simultaneamente: alimentar cargas em corrente contínua; carregar o acumulador de 45 Ah; alimentar o inversor de 2 kWe e o autotransformador, para fornecer energia a equipamentos em 12Vcc, 127 Vac e 220Vac, 60 Hz, todos num total de 819,52 We. Esses resultados foram obtidos mesmo com limitações na refrigeração ventilada do MCC1, observadas no decorrer dos testes. Assim, o HYBRIDGEN se mostrou viável tecnicamente, e com grande potencial de uso. / This work presents the contribution obtained by the development of the Hybrid Electric Power Generation System (HYBRIDGEN), with Brazilian technology, focused on third generation hybrid system, composed of the fuel cell type PEMFC, associated with a lead acid battery, and shows its variable load demand continuous mode operate ability with load factor below 50%. Four main themes were addressed. The first refers to a study concerning the to direct current (DC) energy converting efficiency improvement to regulate the dc-dc converter output potential. Power comes from the 1 kWe fuel cell stack, equipped with thermal cooling system and gas supply system, here named MCC1. After that a dc-dc converter system mathematical model was built supported on differential algebraic equations solution, the MCC1 trials, as well as in MATLAB7® program computer simulation. The second theme concerns the HYBRIDGEN prototype project and assembly due to lack on equipment on the Brazilian market with the necessary features for both research and for commercial use. Then, a charge controller card (CCC), wiring diagrams, copper bus and relay system were developed. A MCC1 developed by IPEN and ELECTROCELL® with Brazilian technology was use. The HYBRIDGEN can be installed in a mobile system. The third refers to a study concerning the stability analysis of the dc-dc converter system mathematical model. Four stability tests were addressed, namely: 1- The Frequency Response was used the Nyquist Mapping Theorem, 2 - The Nyquist Root Locus , 3 - The Step Test Function on operating points, and 4 - The Impulse Test Function on operating points. Finally, experiments with a 25 cm2 fuel cell unit, the MCC1 module and the HYBRIDGEN were carried out to, potential and current results. In the first MCC1 tests delivered a power output of 704.55 W (considered dominant operation power). Then, it was demonstrated the HYBRIDGEN ability to 819.52 We supply power, simultaneously: direct current loads, charge a 45Ah battery, a 2 kWe inverter and the autotransformer to supply power 12 Vcc, 127Vac, 220Vac, 60 Hz equipment. These results were achieved despite the MCC1 limit in the cooling system observed during the tests. Then, the HYBRIDGEN could be demonstrated technically feasible, and leading to great potential uses.

No presente trabalho foi desenvolvido um suporte catalítico monolítico para fins aeroespaciais empregando a manufatura aditiva. Para tanto, foi proposta uma geometria que proporcione um escoamento turbulento, permitindo um maior contato entre o reagente e a superfície do catalisador, proporcionando menor perda de carga ao sistema. Esta nova estrutura foi obtida via manufatura aditiva, através da técnica de Sinterização Seletiva a Laser (SLS) indireta. Para utilizar a técnica SLS e material cerâmico, foi necessário desenvolver um revestimento sobre as partículas de alumina para promover a aderência entre as mesmas durante o processo de manufatura aditiva. Em seguida foram definidos, experimentalmente, os parâmetros de aplicação da técnica SLS para o compósito alumina/poliamida. Por fim, foi fabricado, via SLS, o suporte catalítico na forma monolítica. Após a confecção do suporte monolítico, foi desenvolvido um revestimento composto de pseudo-boemita e nitrato de alumínio e aplicado na superfície do monólito, a fim de expandir a área superficial específica do material. Este aumento da área específica favorece a dispersão da fase ativa, composta de óxidos de cobalto e manganês, na superfície do suporte. A caracterização do catalisador monolítico foi realizada a partir das técnicas de Adsorção de Nitrogênio, Análise Termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectrometria de Emissão Ótica com Fonte de Plasma (ICP-OES). O desempenho do catalisador monolítico na decomposição do H2O2 concentrado foi analisado via teste de gota, monitorado por câmera de alta velocidade. Os bons resultados obtidos nesta reação apontam esta técnica de obtenção de suporte catalítico monolítico através da manufatura aditiva como uma metodologia promissora a ser empregada em sistemas catalíticos com elevada difusão de massa e calor, mas principalmente em sistemas propulsivos a monopropelente. / This work was developed by the additive manufacture monolithic catalytic support to apply aerospace applications. A geometry was proposed to implement a turbulent flow allowing a better contact with catalytic surface and reagent with a low pressure drop in the system. This new structure was obtained by additive manufacture through indirect Selective Laser Sintering (SLS) technique. Firstly, in order to use the SLS for the ceramic material was developed a coating on the alumina particles to promote a melting between them during addictive manufacturing process. Secondly, the printer parameters SLS was configurated into the alumina/polyamide particle. Finally, the monolithic catalytic support was built via SLS. After the monolithic support building, the pseudo-boehmite and aluminum nitrate coating was developed and applied on the monolithic surface to increase the specific superficial area of the material. This increasing of the specific surface area helps the spread of the active phase to made up of cobalt and manganese oxide in the support surface. The characterization of the monolithic catalyst was carried out using the nitrogen adsorption technique, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and inductive coupled plasma with optical emission spectrometry. The monolithic catalytic performance in the H2O2 concentrated decomposition was analyzed via drop test monitored by the high-speed camera. The good results of this reaction and such a technique of monolithic catalytic support obtainment through the additive manufacture show that a promising methodology can be used in the catalytic system with high diffusion of mass and heat but mainly, in monopropellant propulsive system.

Orientador: Prof. Dr. Pedro Carajilescov / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, Santo André, 2016. / A utilização de elementos combustíveis do tipo placa, em reatores nucleares, está associada principalmente a reatores de pesquisa e reatores de propulsão naval (navios porta aviões e submarinos), trazendo benefícios imediatos na segurança e no desempenho termo-hidráulico do reator. Códigos computacionais são utilizados para o cálculo do comportamento termo-hidráulico do núcleo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um código termo-hidráulico para um reator nuclear com elementos combustíveis na forma de placas, em linguagem de programação FORTRAN. A partir da entrada dos parâmetros geométricos e das condições de operação e de contorno do reator, o programa realiza a análise do escoamento em regime permanente de potência ou vazão por meio da solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia; além disso, calcula o mínimo DNBR baseado na análise do canal crítico (faz uma análise de fluxo crítico de calor). O código aumenta a representação da malha radial usando o método da cadeia, realizando os cálculos em duas etapas: na Etapa 1, o núcleo é subdividido em subcanais cujo tamanho é equivalente a um elemento combustível e na Etapa 2, o elemento combustível quente é subdividido em subcanais de tamanho equivalente aos canais que o compõem. Na validação do programa, considerou-se o reator de pesquisa CARR (China Advance Research Reactor) e o reator do LABGENE (Reator brasileiro de propulsão naval), obtendo informações detalhadas do núcleo do reator como a perda de carga, distribuição de fluxo mássico, variação de velocidade e temperatura do escoamento ao longo dos canais, título termodinâmico e fluxo crítico de calor no canal quente. A análise mostrou bons resultados quando verificado frente aos obtidos para o reator CARR e para um típico reator de potência PWR. / The use of plate-type fuel assembly, in nuclear reactors, are mostly associated to researched reactors and naval propulsion reactors (aircraft carriers and submarines), bringing immediate benefits in security and thermal-hydraulic performance of the reactor. Computational codes are used to calculating the thermal-hydraulic core behavior. This project shows the development of thermal-hydraulic code for plate type fuel reactor, written whit FORTRAN programming language. According to geometric input data, operational and boundary conditions, the code involves the analysis of permanent regime of flow and power through the solution of mass, momentum and energy conservation equation; Furthermore, it makes the calculation of minimum DNBR, based on an analysis of critical channel (Making an analysis of the maximum heat flux). The code has maximized the radial mesh with the use of the chain or cascade method for two stages: in the first stage, the core is subdivided in sub channels, with size equivalent to a fuel assembly and the stage two, the hot fuel assembly is subdivided in sub channels with size equivalent to the one channel that comprise. For the validation of program, was considered the research reactor CARR (China Advance Research Reactor), and the LABGENE reactor (Brazilian reactor of naval propulsion), getting detail information of reactor core as the change of the static pressure in the channel, flux distribution, variation of coolant temperature and coolant velocities, quality and local flux heat in the critical channel. The analysis showed good agreement when checked with the results obtained for CARR reactor and for a typical reactor power PWR.

Este trabalho trata da questão da redução de consumo de combustível fóssil em instalações de máquinas de navios. É um tema de grande interesse no momento, devido ao alto custo operacional e à emissão de poluentes decorrentes do processo da combustão desses derivados de petróleo. Apresenta-se, inicialmente o cenário atual e tendências futuras das instalações propulsoras convencionais que usam óleo pesado ou Diesel. Em seguida, são examinadas alternativas propostas para redução de consumo de combustíveis fósseis nos navios, que são enquadradas em três categorias. A primeira delas envolve possíveis melhorias de projeto para redução da demanda de energia. As outras categorias se referem ao emprego de fontes alternativas de energia, que introduzem uma força propulsora adicional, reduzindo o empuxo requerido do hélice, ou uma potência suplementar no eixo propulsor. Em ambos os casos há também uma redução de demanda de potência requerida do motor Diesel. Na seqüência, são apresentados e discutidos fundamentos termodinâmicos, com ênfase nas análises energética e exergética, como ferramentas para avaliação das máquinas dos navios. A análise exergética, diferentemente do enfoque apenas energético, é a ferramenta mais apropriada para tratar as questões ligadas ao meio ambiente, pois a própria definição de exergia está relacionada com o ambiente de referência. Finalmente, utilizando dados de um navio porta contêineres da frota nacional, é exercitado um exemplo de aplicação com as análises termodinâmicas do motor de propulsão; são também avaliadas e simuladas as diversas alternativas de melhorias e novas fontes de energia, que visam a redução de consumo de combustível fóssil. / This work addresses the issue of reduction of fossil fuel use on ship machinery. Presently it is an interesting topic due to high operational cost and the pollution emissions generated by the combustion process. Initially, it is introduced the present scenario and future trends regarding conventional ship machinery that use heavy or diesel fuel oil. In the sequence, the proposed alternatives for reducing the use of fossil fuel on ships are presented and examined. These alternatives are classified into three categories. The first category comprises possible improvements to the design of ships for reduction of total energy demand. The other categories refer to the use of alternative energy sources, that produce and additional force on the ship reducing the required propeller thrust; or a supplementary power added to the propulsion shaft. For both cases there is also a reduction in the power required from the Diesel engine. Afterwards, the pertaining thermodynamics theory is revised and discussed with focus on the energy and exergy analysis as aid tools for evaluation of ship machinery. The energetic analysis, different from the sole energetic focus, is the most applicable tool to be employed for environmental issues as the self definition of exergy relates to an environment reference. Finally, using data from a typical container ship belonging to the national fleet, an application example using the thermodynamic analysis is performed to the propulsion main engine; as well as it is also simulated several alternative conditions for improvements and new energy sources, aiming to the reduction of fossil fuel consumption.

Este trabalho trata da questão da redução de consumo de combustível fóssil em instalações de máquinas de navios. É um tema de grande interesse no momento, devido ao alto custo operacional e à emissão de poluentes decorrentes do processo da combustão desses derivados de petróleo. Apresenta-se, inicialmente o cenário atual e tendências futuras das instalações propulsoras convencionais que usam óleo pesado ou Diesel. Em seguida, são examinadas alternativas propostas para redução de consumo de combustíveis fósseis nos navios, que são enquadradas em três categorias. A primeira delas envolve possíveis melhorias de projeto para redução da demanda de energia. As outras categorias se referem ao emprego de fontes alternativas de energia, que introduzem uma força propulsora adicional, reduzindo o empuxo requerido do hélice, ou uma potência suplementar no eixo propulsor. Em ambos os casos há também uma redução de demanda de potência requerida do motor Diesel. Na seqüência, são apresentados e discutidos fundamentos termodinâmicos, com ênfase nas análises energética e exergética, como ferramentas para avaliação das máquinas dos navios. A análise exergética, diferentemente do enfoque apenas energético, é a ferramenta mais apropriada para tratar as questões ligadas ao meio ambiente, pois a própria definição de exergia está relacionada com o ambiente de referência. Finalmente, utilizando dados de um navio porta contêineres da frota nacional, é exercitado um exemplo de aplicação com as análises termodinâmicas do motor de propulsão; são também avaliadas e simuladas as diversas alternativas de melhorias e novas fontes de energia, que visam a redução de consumo de combustível fóssil. / This work addresses the issue of reduction of fossil fuel use on ship machinery. Presently it is an interesting topic due to high operational cost and the pollution emissions generated by the combustion process. Initially, it is introduced the present scenario and future trends regarding conventional ship machinery that use heavy or diesel fuel oil. In the sequence, the proposed alternatives for reducing the use of fossil fuel on ships are presented and examined. These alternatives are classified into three categories. The first category comprises possible improvements to the design of ships for reduction of total energy demand. The other categories refer to the use of alternative energy sources, that produce and additional force on the ship reducing the required propeller thrust; or a supplementary power added to the propulsion shaft. For both cases there is also a reduction in the power required from the Diesel engine. Afterwards, the pertaining thermodynamics theory is revised and discussed with focus on the energy and exergy analysis as aid tools for evaluation of ship machinery. The energetic analysis, different from the sole energetic focus, is the most applicable tool to be employed for environmental issues as the self definition of exergy relates to an environment reference. Finally, using data from a typical container ship belonging to the national fleet, an application example using the thermodynamic analysis is performed to the propulsion main engine; as well as it is also simulated several alternative conditions for improvements and new energy sources, aiming to the reduction of fossil fuel consumption.