[pt] O objetivo dessa dissertação é apresentar a simulação de processos, no software Aspen HYSYS (marca registrada) v8.8, de uma planta de etanol derivado de cana-de-açúcar, abrangendo o sistema de cogeração e hidrólise enzimática aplicáveis ao bagaço, e associada a uma planta de cultivo de microalgas para produção de biodiesel de terceira geração. Adicionalmente, foram avaliados, por planejamento composto central 32, os efeitos de duas variáveis – designação de bagaço para hidrólise enzimática (x1) e de etanol para desidratação (x2) - sobre parâmetros de performance energéticos e ambientais restritos à planta, e negligenciando-se contribuições do âmbito rural. Em um cenário similar à realidade brasileira - coordenadas (0, 50 por cento) -, observou-se que a integração proporciona uma quantidade significativa de biodiesel (26,6 kg.t-1 de cana), em termos energéticos, além da oferta de etanol (62,2 kg.t-1 de cana). Nesse cenário, a demanda energética da seção de microalgas-biodiesel demonstrou-se semelhante à da planta de etanol. Os modelos produzidos demonstram-se robustos e precisos (R2 superiores a 0,998). As avaliações estatísticas indicaram que x1 afeta quadraticamente as respostas, e x2 promove efeitos nulos ou brandos. Destaca-se valores de NER - razão entre contribuições energéticas de produtos e de insumos do sistema -entre 0,763 e 0,904, próximos a 1; e valores de FER - razão entre as contribuições energéticas dos produtos e das participações fósseis de insumos - entre 4,33 e 10,88, acima 3, o que configura caráter renovável ao sistema. Dentre as otimizações de respostas, encontrou-se a coordenada (92 por cento, 0) para eficiência exergética global. Por fim, a associação das plantas de etanol e de biodiesel forneceu resultados promissores para as eficiências energéticas, razão entre oferta de energia total e consumo de energia fóssil, e incremento de eficiência exergética da planta de etanol original. / [en] The objective of this dissertation is to present a simulation in the software Aspen HYSYS (Registered trademark) v8.8 of a sugarcane-ethanol plant covering a cogeneration and an enzymatic hydrolysis system, applicable to bagasse final use, and associated to a microalgae-cultive plant for the production of third-generation biodiesel through transesterification route. Additionally, the effects of two variables - designation of bagasse to enzymatic hydrolysis (x1) and of ethanol to dehydration (x2) - were statistically evaluated by 3(2) central composite design over energetic and environmental performance parameters restricted to the plant s scope and being neglected contributions of the rural area. In a base scenario similar to Brazilian’s reality – coordinates (0, 50 per cent) –, it was observed that the integration provides a quantity of biodiesel (26.6 kg.t-1 of sugarcane) energetically significant, besides the supply of ethanol (62.2 kg.t-1 of sugarcane). In this case, the energetic demand of the microalgae-biodiesel section pointed to be similar the conventional ethanol plant consumption. The adjusted models were robust and precise (R2 higher than 0.998). The statistical assessments pointed that x1 affects quadratically the answers and x2 promotes null or mild effects. Stands out NER values - ratio between energetic contribution of products and inputs of the system - between 0.763 and 0.904, which were close to 1, and FER values - ratio between energetic contributions of products and fossil share of inputs - between 4.33 and 10.88 that were higher than the 3, which configured renewability to the system. Among the optimization of the answers, it was found the coordinate (92 per cent, 0) for the global exergetic efficiency. Finally, the association of the ethanol and biodiesel plants provided promising results for energetic efficiency, ratio between total delivered energy and demanded fossil energy, and increase in exergetic efficiency of the original ethanol plant.

[pt] Com os atuais requisitos sobre emissões e consumo de combustível em um contexto de leis ambientais mais rigorosas, é necessário melhorar o desempenho dos motores de combustão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa. Novas tecnologias, como Ignição por Compressão de Carga Homogênea (HCCI) ou Ignição por Compressão Assistida por Centelha (SACI), são alternativas para aumentar a eficiência dos motores. Neste trabalho, foi criada uma rotina MATLAB para prever o desempenho da combustão SACI multimodo de metano e misturas metano-hidrogênio, utilizando um modelo termodinâmico de duas zonas. Foi realizada uma análise de sensibilidade a quatro parâmetros de desempenho: eficiência térmica (nth), emissões de NOx, emissões de CO2 e energia do combustível (Efuel), com diversas variações de fatores tais quais porcentagem de H2, rotação do motor, relação de equivalência combustível - ar, pressão de admissão e superposição de válvulas, utilizando ferramentas de planejamento de experimentos para avaliar o impacto dos fatores sobre os parâmetros de desempenho. O Planejamento Box-Behnken indicou que rotação do motor, porcentagem de H2 e pressão de admissão são os fatores SACI mais importantes, pois influenciam todos os parâmetros de desempenho do motor. Por outro lado, a relação de equivalência combustível - ar foi relevante para apenas um deles (NOx) e a superposição de válvula, como foi utilizada nos experimentos, mostrou nenhum impacto relevante sobre os resultados. Além disso, foi feita uma Análise Univariada para comparar motores de ignição por centelha e SACI. Os resultados mostraram que os motores SACI apresentam melhor desempenho, sendo cerca de 7 por cento - 17 por cento mais eficientes e um aumento de 90 por cento - 96 por cento no IMEP. / [en] With the current requirements on emissions and fuel consumption in a context of very strict environmental laws, it is necessary to improve combustion engines performance to reduce greenhouse gas emissions. New technologies, such as Homogeneous Charge Compression Ignition or Spark-Assisted Compression Ignition (SACI), are alternatives to increase engine s efficiency. In this work, a MATLAB routine was created to predict the performance of SACI multimode combustion of methane and methane-hydrogen blends, using a two-zone thermodynamic model. A sensitivity analysis was realized to four performance parameters: thermal efficiency, NOx emissions, CO2 emissions and energy of the fuel, with several factors variations such as percentage of H2, engine speed, fuelair equivalence ratio, intake pressure and valve overlap, using experimental design tools to evaluate the impact of those factors over the performance parameters. The Box-Behnken Design indicated that engine speed, percentage of H2 and intake pressure are the most important SACI factors since they influence all engine performance parameters. On the other hand, fuel-air equivalence ratio was relevant in only one of them (NOx) and the valve overlap, as it was used in the experiments, showed no relevant impact on the results. Furthermore, a Univariate Analysis was done to compare Spark-Ignition and SACI engines efficiencies. The results showed that SACI engines performs better, with 7 percent - 17 percent higher efficiency and 90 percent - 96 percent IMEP s increase.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, four methods were developed for analysis of feed for dogs and cats using atomic spectrometry techniques. Initially, the multivariate optimization of sample digestion procedure was employed in wet feed for dogs and cats and then the simultaneous determination of macroelements (Ca, K, Mg and P), microelements (Cu, Fe, Mn, and Zn) and trace elements (Al, B, Ba and Sr) was carried out by optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP OES). The results of the elements concentrations in the samples were in agreement with the values provided and regulated by Ministry of Agriculture, Livestock and Supply (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA) and American Association of Official Food Control Officials (AAFCO). Limits of detections (LoD) ranged between 0.1 μg g-1 (Ba, Mg and Sr) and 15.0 μg g-1 (P) and limits of quantification (LoQ) between 0.3 μg g-1 (Ba, Mg and Sr) and 49.9 μg g-1 (P). In the second part of the work two analytical methods were optimized for Co and Cr determination in wet food (sachets and cans) for dogs and cats using direct sample analysis (SS) and detection by high resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry (HR-CS GF AAS). Pyrolysis temperatures were 1500 ° C and 1400 ° C for Cr and Co determination, respectively. Atomization temperatures of 2500 ° C for Cr, and 2400 ° C for Co with chemical modifiers were adopted. The optimized method for Co and Cr determination in wet feed was fast, precise and accurate and contributes to the concept of “Green Chemistry”. The results obtained for concentrations of Cr and Co were not compared to any official rule, since there is no regulation for these elements. The LoD's obtained for Cr and Co were 0.01 and 0.05 ug g-1, respectively, and LoQ's obtained were 0.03 to 0.17 ug g-1 for Cr and Co, respectively. Finally, in the third part of the work, an analytical method for determination of Zn in dry feed for dogs and cats using energy dispersive Xray fluorescence spectrometry (EDXRF) was developed. Sample were prepared as pressed pellets. The concentration of Zn in seven dry feed samples for dogs and cats were determinate. The results were statistically compared to the values found by the analytical method by ICP OES. Additionally, paired t-test between concentrations of Zn by EDXRF and ICP OES was applied. The LoD e LoQ obtained for Zn determination were 0.1 e 0.4 mg kg-1, respectively. The independent methods were not significantly different at a 95% confidence level. In our work, the analytical methods proposed were efficient, fast and reliable for the determination of macroelements (Ca, Mg, K and P), microelements (Cu, Fe, Mn and Zn) and trace elements (Al, B, Ba, Co, Cr and Sr) in feeds for dogs and cats using atomic spectrometry techniques. This work was financially supported through the project Universal notice nº 014/2013 approved by CNPq, registered process nº 482416 / 2013-0. / Neste trabalho, foram desenvolvidos quatro métodos para análise de rações de cães e gatos, usando técnicas de espectrometria atômica. Primeiramente, foi empregada a otimização multivariada do procedimento de digestão da amostra para determinação simultânea de macroelementos (Ca, K, Mg e P), microelementos (Cu, Fe, Mn e Zn) e elementos traço (Al, B, Ba e Sr) em rações úmidas de cães e gatos, utilizando a espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES). Os resultados das concentrações dos elementos nas rações dos animais mostraram-se de acordo com os valores fornecidos e regulamentados pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) e pela Associação Americana de Controle Oficial dos Alimentos (AAFCO). Os LoD’s variaram entre 0,1 μg g-1 (Ba, Mg e Sr) e 15,0 μg g-1 (P) e os LoQ’s variaram entre 0,3 μg g-1 (Ba, Mg e Sr) e 49,9 μg g-1 (P). Na segunda parte do trabalho, foram otimizados dois métodos analíticos para determinação de Co e Cr em rações úmidas (sachês e enlatadas) para cães e gatos utilizando análise direta de sólidos (SS) e detecção por espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua e atomização em forno de grafite (HR-CS GF AAS). Foram estabelecidas temperaturas de pirólise de 1500°C e de 1400°C para a determinação de Cr e Co respectivamente, e temperaturas de atomização de 2500°C para Cr e de 2400°C para Co, sem o uso de modificadores químicos. Os métodos otimizados foram rápidos, precisos e exatos, além de contribuir com a concepção da Química Verde. Os resultados obtidos para as concentrações de Cr e Co não foram comparados com nenhuma norma, uma vez que estes elementos não são regulamentados. Os LoD’s obtidos para Cr e Co foram de 0,01 e 0,05 μg g-1 respectivamente, já os LoQ’s obtidos para Cr e Co foram de 0,03 a 0,17 μg g-1 respectivamente. Por fim, na terceira parte do trabalho, foi desenvolvido um método analítico para determinação de Zn em rações secas destinadas à alimentação de cães e gatos empregando a espectrometria de fluorescência de raios-X com energia dispersiva (EDXRF). As amostras foram preparadas na forma de pastilhas prensadas e a concentração de Zn, determinada em sete rações secas de cães e gatos. Os resultados obtidos foram estatisticamente comparados com os valores encontrados através de um método analítico estabelecido por ICP OES, em que foi aplicado o teste t pareado entre as concentrações de Zn por EDXRF e ICP OES. Os LoD e LoQ obtidos na determinação de Zn através do método foram de 0,1 e 0,4 mg kg-1 respectivamente. Os métodos independentes não apresentaram diferença significativa para um nível de confiança de 95%. Em nosso trabalho, os métodos analíticos propostos foram eficientes, rápidos, e confiáveis para a determinação de macroelementos (Ca, Mg, K e P), microelementos (Cu, Fe, Mn e Zn) e elementos traço (Al, B, Ba, Co, Cr e Sr) em rações de cães e gatos, usando técnicas espectroanalíticas. Este trabalho teve o auxílio financeiro do projeto Universal Edital 014/2013 aprovado pelo CNPq, registrado sob processo nº 482416/2013-0.