Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientadora: Ana Maura Araujo Rocha / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Resumo: O presente trabalho foi desenvolvido com a finalidade de avaliar a combustão do óleo pirolítico, obtido a partir de pneus inservíveis, tendo sido levadas em consideração as viabilidades energética e ambiental para seu emprego como combustível alternativo, em um processo de combustão convencional. A primeira etapa consistiu em uma revisão da literatura sobre a grande quantidade de pneus inservíveis gerados no mundo e as principais rotas de disposição destes, a fim de ressaltar a relevância do estudo do óleo pirolítico de pneus (OPP) como uma alternativa de solução energética e ambiental. Assim como, verificaram-se suas principais propriedades físicoquímicas, que fazem deste, um atrativo combustível alternativo. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo de equilíbrio químico utilizando o método de minimização da energia livre de Gibbs para obter uma estimativa da formação e emissão dos principais produtos da combustão do OPP. Neste, foram avaliadas as concentrações dos produtos da combustão da mistura de óleo pirolítico de pneus e óleo diesel, focando-se principalmente na influência promovida pelas emissões de SO2 ao se aumentar a concentração do óleo diesel na mistura. Os testes experimentais foram realizados utilizando uma câmara de combustão de paredes não isoladas, constituída de dois módulos desmontáveis. Foi empregado nestes testes um queimador, no qual foi montado um swirler axial de pás movíveis que permitiu avaliar a influência do ângulo das pás do swirler sobre as concentrações dos produtos da combustão (CO, CO2, NOx e O2). Um problema crucial foi a elevada formação e deposição de material particulado, o que conduziu os experimentos a algumas paradas durante os testes, devido ao entupimento reiterativo do bico injetor e do filtro do compressor, utilizado na ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study was conducted in order to evaluate the combustion of pyrolytic oil derived from waste tires, for which the energy and environmental feasibility of its use as an alternative fuel in a conventional combustion process were considered. The first stage consisted in a review of literature about the large amount of waste tires generated in the world and the main disposal routes of them, to highlight the relevance of the study of tyre pyrolytic oil (TPO) as an alternative energy and environmental solution. Also, its main physico-chemical properties that make it an attractive alternative fuel was verified. After that, a chemical equilibrium model using the Gibbs free energy minimization method to obtain an estimate of the formation and emission from the main combustion products of TPO was developed. At this, the concentrations of the combustion products of the blend between tyre pyrolytic oil and diesel fuel were assessed mainly focused on the promoted influence by SO2 emissions with the increase of diesel fuel in the mixture. The experiments were carried out using a combustion chamber of non-isolated walls that consisted of two removable modules. A burner was used in the experiments, which was mounted an axial swirler of movable blades that allowed to assess the influence of the swirler blades angle on concentrations of combustion products (CO, CO2, NOx and O2). A crucial issue was the elevated formation and deposition of particulate matter, which led the experiments a few stops during the tests, due to reiterative clogging the nozzle and compressor filter used in the exhaust. The results showed the viability of the TPO's use as an alternative fuel, using only a commercial type atomizer pressure swirl for its atomization. The flame was stable for the equivalence ratio values below 0.92. Furthermore, emissions of ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Ce projet a pour objectif d'étudier la possibilité de déminéralisation par voie physique d'un noir de carbone issu de la pyrolyse sous vide des pneus usagés. Une déminéralisation est nécessaire pour produire un noir de carbone pur et de composition constante en vue de sa commercialisation. Dans un premier temps, la caractérisation minéralogique du noir de carbone pyrolytique, par divers outils analytiques, a permis d'identifier trois composés inorganiques : la sphalérite (ZnS), la zincite (ZnO) et la silice (SiO2) plus minoritaire. Des analyses microscopiques ont permis de mettre en évidence une très faible libération de cette matière inorganique du noir de carbone. La séparation gravimétrique a été testée pour séparer les composés zinciques du noir de carbone, mais n'a pas été concluante à cause de la faible libération. Des tests de flottation ont été réalisés, ils ont permis l'étude statistique des paramètres opératoires ainsi que l'obtention d'une récupération maximale de 67% de noir de carbone et d'une teneur minimale de 11.6 % en matière inorganique.

Orientador: José Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T12:34:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pugliese_DanielPerussi_M.pdf: 5689260 bytes, checksum: fc23e46a7c6b4785faef7e0a5f83078f (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A não uniformidade em pneus esta associada com o seu processo de fabricação e afeta todos os tipos de pneus, mas é mais relevante em pneus de veículos de passeio, dado que este setor exige elevados níveis de conforto a altas velocidades. As forças dinâmicas devido à rotação dos pneus variam de acordo com a velocidade do veículo. Em certas velocidades podem excitar frequências naturais do sistema pneu-suspensão. Este trabalho explora os efeitos dinâmicos das não uniformidades de um conjunto de pneu-roda de um veiculo de passeio. Seu impacto sobre as forças da roda nas direções radiais, transversais e longitudinais, em baixas e altas velocidades são investigados tanto numérica quanto experimentalmente. A principal contribuição deste trabalho é a geração de um modelo tridimensional dinâmico para o estudo da não uniformidade. O modelo é construído utilizando o método dos elementos finitos. A validação do modelo é realizada utilizando-se o modelo de pneu comercial mais amplamente utilizado, e com uma campanha experimental significativa. Os resultados numéricos preveem os principais efeitos observados experimentalmente da não uniformidade do conjunto pneu-roda no sentido vertical e longitudinal. Este último predominante a elevadas velocidades. O modelo numérico é útil para a análise dinâmica virtual de diferentes tipos de não uniformidade / Abstract: Tire non-uniformity is associated with the production process and affects all types of tires, but is more relevant for passenger tires, as this sector requires high levels of comfort at the high speeds achieved by vehicles in this segment. Dynamic forces due to tire rotation vary with the vehicle speed. At certain speeds they can excite natural frequencies of the tire-suspension system. This work explores the dynamic effects of non-uniformities of a car tire-wheel assembly. Their impact on hub forces at the radial, lateral and longitudinal directions, at low and high speeds are investigated both numerically and experimentally. The main contribution of this work is the generation of a dynamic three-dimensional model for the study of tire non-uniformity. The model is built using the Finite Element Method. The model is validated with the most widely used commercial tire model and with a significant experimental campaign, which is also described in the paper. Numerical results predict the main experimentally observed effects of non-uniformity of the tire-wheel assembly in the vertical and longitudinal directions. The latter predominate at higher speeds. The numerical model is helpful for the virtual dynamic analysis of different types of non-uniformity / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O gerenciamento adequado de resíduos sólidos implica na proposição de tecnologias ambientalmente adequadas de reciclagem ou disposição final. Mundialmente, no caso de pneus inservíveis, a principal forma de destino final é a estocagem ou a queima para recuperação de energia. A estocagem pode gerar problemas ambientais como o risco de incêndios e a proliferação de animais ou insetos vetores de doenças. Embora venha crescendo o estudo de tecnologias para reciclagem e ou reutilização de pneus inservíveis, o total efetivamente reciclado é pequeno, mesmo em países que priorizam estas ações. O alto custo operacional e tecnológico inviabiliza uma maior abrangência na adoção de destas técnicas. Por outro lado, tecnologias de baixo desembolso de capital apresentam pequena demanda por pneus descartados. A tecnologia estudada reúne características de baixo custo operacional, em comparação às demais formas de reciclagem e a vantagem de propiciar controle indireto ao mosquito vetor da dengue, além de recuperar áreas degradadas por erosão e incrementar os reflorestamentos com espécies nativas. Ela consiste em enterrar pneus inservíveis em grandes erosões (voçorocas) ou com eles construir barreiras de assoreamento como parte da estratégia de recuperação da paisagem erodida que será posteriormente revegetada. Resultados dos testes de respirometria e liberação de zinco não demonstraram interferências negativas com a microbiota ou a liberação excesssiva de zinco na solução do solo ou no seu lixiviado. O potencial operacional de adoção da técnica foi demonstrado ser viável para todo o Estado de São Paulo, excluindo-se, eventualmente, a sua região metropolitana. / The appropriate solid waste management implies on the proposal of clean technologies for recycling as well as disposal of wastes widely generated by industrial processess. Regarding scraped tyres, stockpilling and energy recovery are the main practises adopted. Generation of urban pragues and pollution from uncontroled fire are large environmental problemas associated to the management of wasted tyre. Although tyre recycling technologies have been increasing the cost effectiveness associated to these technologies still being worthless, even in developed countries. On the other hand, low cost technologies demand a small amount of scraped tyre. The technology studied has a relative high demand for scraped tyre and also seems to be suitable for tyre disposal, dengue fever control as well as an improvement on degradated land restoration and reforesting. Results from biological test (soil respirometry) and zinc release from soil solution and leachates showed no interference with soil microbes, neither soil nor water contamination. Information generated from geoprocessing came across to a huge number of erosions in São Paulo State where the technique should be applied.

Durante o desenvolvimento de um novo pneu, um dos maiores desafios enfrentados pelo engenheiro é assegurar sua integridade estrutural, pois o envelhecimento dos compostos de borracha é inevitável. Ele leva a mudanças na estrutura molecular e nas propriedades mecânicas dos materiais, resultando em mudanças indesejáveis no desempenho do pneu. Este trabalho apresenta uma metodologia para determinar o comportamento estrutural do pneu envelhecido a partir de análises de elementos finitos (FEA- Finite Element Analysis). É apresentada também uma investigação das condições de contorno, como temperatura, composição do ar e tempo de exposição, para reproduzir em laboratório o envelhecimento observado no mercado. Durante sua vida útil, o pneu sofre deformações cíclicas gerando calor devido ao fenômeno de histerese. A região mais crítica é a extremidade das cinturas, onde as temperaturas atingem valores de 70ºC para pneus de carros e 100ºC para caminhões. O ar permeia através dos componentes do pneu criando uma condição oxidativa propícia à fadiga e propagação de trincas. O envelhecimento está associado às condições operacionais do pneu, porém os engenheiros buscam acelerar os testes laboratoriais aumentando a temperatura, segundo a lei de Arrhenius. O trabalho de Ahagon é reproduzido aqui para interpretar os mecanismos de envelhecimento, o que é possível a partir da análise da relação entre o alongamento à ruptura e o módulo a 100% de deformação. O modelo de pneu proposto é capaz de avaliar concentrações de tensão e prever o comportamento dinâmico dos pneus envelhecidos. A correta caracterização dos compostos mostrou-se essencial para garantir uma correta modelagem e análise, o que leva a um melhor desenvolvimento do pneu e a uma vida útil maior. / During the development of a new tire one of the challenges the engineer must face is to assure tire structural integrity. Rubber compound aging is unavoidable and it changes material molecular structure and mechanical properties resulting in undesirable changes in tire performance. This work presents a methodology to assess the structural behavior of aged tires using the finite element analysis (FEA) with an aged rubber compound characterization. It also presents an investigation regarding the boundary conditions, such as temperature, air composition and time of exposure, to reproduce in laboratory the aging observed in the market. During service life, the tire undergoes repeated and complex stress cycles resulting in heat generation by hysteresis. It is critical in regions like belt edges where temperature measurements show values up to 70ºC for passenger car tires and more than 100ºC for trucks. The inflated air permeates through the tire components leading to oxidative conditions propitious to fatigue and crack propagation. Aging is related to the tire operational conditions but engineers usually accelerate the process in lab tests by increasing the temperature, following the Arrhenius law. Ahagon\'s previous work was reproduced here and used to interpret the aging mechanisms, by analyzing the relation between elongation to brake and the modulus at a hundred percent elongation for different aging conditions. The proposed tire model is able to analyze structural stress concentrations and predict the dynamic behavior of aged tires. The correct compound characterization showed to be essential to assure a good modeling and analysis, which leads to a better tire development and a longer service life.

O objetivo deste trabalho foi utilizar a radiação ionizante na reciclagem de pneus inservíveis de automóvel. As amostras de borracha de pneus inservíveis foram irradiadas com doses de radiação de 200, 400 e 600kGy, em um acelerador de elétrons. Posteriormente, elas foram caracterizadas por termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaios mecânicos de tração, espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por TG foi possível observar os efeitos da radiação na perda de massa do material. Por DSC observou-se as curvas exotérmicas associadas à decomposição e valores de variação de entalpia (ΔH). Foram estudadas as propriedades mecânicas das amostras da matriz elastomérica com o pó de pneu inservível e verificado o seu comportamento frente à radiação ionizante. Os espectros FTIR foram obtidos na região de 4000 650cm-1. Observou-se que não foi possível observar alteração nos picos devido à irradiação. Nos ensaios por MEV as micrografias foram ampliadas de 32 vezes até 1000 vezes e observadas nos tamanhos de 1mm até 20μm. Observou-se nas doses de 200 e 400kGy, rugosidades correspondentes a quebras ou rupturas, possivelmente causadas pela radiação. Na dose de 600kGy, foi possível observar cavidades causadas pela radiação. Observou-se que para todas as doses houve degradação. Para as amostras dos corpos de prova sem pó e com pó de pneus inservíveis com 10%, 30% e 50% de pó as micrografias foram observadas nas ampliações de 100μm e 200μm. Também foi possível observar a incorporação do pó de pneus inservíveis de automóvel na matriz elastomérica das amostras não irradiadas e irradiadas. / The aim of this study was to use ionizing radiation in the recycling of scrap tires of automotive. Samples of rubber unserviceable tires were irradiated with radiation doses 200, 400 and 600kGy in an electron accelerator. Subsequently, they were characterized by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strenght mechanical test, spectrophotometry Fourier transform infrared (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). By thermogravimetry was possible to observe the effects of radiation in the mass loss of material. In the DSC curves were observed exothermic decomposition peaks and associated values of enthalpy variation (ΔH). The mechanical properties of the elastomeric matrix with unserviceable tires powder were studied and its behavior to ionizing radiation was analyzed. FTIR spectra were obtained in the 4000 - 650cm-1 region. It was observed that there was no change in the peaks due irradiation. For SEM the micrographs were enlarged from 32 times up to 1000 times and observed in sizes from 1mm up to 20μm. It was observed at doses of 200 and 400kGy, roughness corresponding to breaks or ruptures possibly caused by radiation. In 600kGy radiation dose was observed cavities caused by radiation. It was observed that at all doses occurred degradation. For samples without powder and with 10, 30 and 50% of unserviceable tires powder it was obtained micrographs of 100μm and 200μm amplification. Also it was possible to observe the incorporation of unserviceable tires powder of automotive in the elastomeric matrix of non-irradiated and irradiated samples.

O objetivo deste trabalho foi utilizar a radiação ionizante na reciclagem de pneus inservíveis de automóvel. As amostras de borracha de pneus inservíveis foram irradiadas com doses de radiação de 200, 400 e 600kGy, em um acelerador de elétrons. Posteriormente, elas foram caracterizadas por termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaios mecânicos de tração, espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por TG foi possível observar os efeitos da radiação na perda de massa do material. Por DSC observou-se as curvas exotérmicas associadas à decomposição e valores de variação de entalpia (ΔH). Foram estudadas as propriedades mecânicas das amostras da matriz elastomérica com o pó de pneu inservível e verificado o seu comportamento frente à radiação ionizante. Os espectros FTIR foram obtidos na região de 4000 650cm-1. Observou-se que não foi possível observar alteração nos picos devido à irradiação. Nos ensaios por MEV as micrografias foram ampliadas de 32 vezes até 1000 vezes e observadas nos tamanhos de 1mm até 20μm. Observou-se nas doses de 200 e 400kGy, rugosidades correspondentes a quebras ou rupturas, possivelmente causadas pela radiação. Na dose de 600kGy, foi possível observar cavidades causadas pela radiação. Observou-se que para todas as doses houve degradação. Para as amostras dos corpos de prova sem pó e com pó de pneus inservíveis com 10%, 30% e 50% de pó as micrografias foram observadas nas ampliações de 100μm e 200μm. Também foi possível observar a incorporação do pó de pneus inservíveis de automóvel na matriz elastomérica das amostras não irradiadas e irradiadas. / The aim of this study was to use ionizing radiation in the recycling of scrap tires of automotive. Samples of rubber unserviceable tires were irradiated with radiation doses 200, 400 and 600kGy in an electron accelerator. Subsequently, they were characterized by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strenght mechanical test, spectrophotometry Fourier transform infrared (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). By thermogravimetry was possible to observe the effects of radiation in the mass loss of material. In the DSC curves were observed exothermic decomposition peaks and associated values of enthalpy variation (ΔH). The mechanical properties of the elastomeric matrix with unserviceable tires powder were studied and its behavior to ionizing radiation was analyzed. FTIR spectra were obtained in the 4000 - 650cm-1 region. It was observed that there was no change in the peaks due irradiation. For SEM the micrographs were enlarged from 32 times up to 1000 times and observed in sizes from 1mm up to 20μm. It was observed at doses of 200 and 400kGy, roughness corresponding to breaks or ruptures possibly caused by radiation. In 600kGy radiation dose was observed cavities caused by radiation. It was observed that at all doses occurred degradation. For samples without powder and with 10, 30 and 50% of unserviceable tires powder it was obtained micrographs of 100μm and 200μm amplification. Also it was possible to observe the incorporation of unserviceable tires powder of automotive in the elastomeric matrix of non-irradiated and irradiated samples.

Neste trabalho, um modelo baseado em uma generalização de um modelo simplificado é proposto para a análise numérica de shimmy em trens-de-pouso principais de aeronaves. A haste principal é modelada utilizando elementos finitos sólidos. Ela é aproximada por uma viga admitindo que as seções transversais são rígidas. Graus de liberdade de rotação são introduzidos utilizando equações de restrição e o número de graus de liberdade é reduzido utilizando uma condensação de Guyan. O modelo reduzido é validado através da comparação das freqüências naturais e as formas modais com o modelo completo. A acurácia do modelo reduzido pode ser controlada pelo número de graus de liberdade mantidos. O side-stay é modelado como uma barra conectada a um ponto arbitrário da haste principal. Equações de restrição são acrescentadas para calcular os deslocamentos na junta em função dos graus de liberdade mantidos. O comportamento do pneu é representado por um modelo straight tangent. As equações de movimento do modelo são obtidas usando uma abordagem Lagrangeana. Métodos numéricos são utilizados para estudar a estabilidade do sistema. O modelo proposto foi usado para verificar a influência da distância do trail, do pneu e dos parâmetros estruturais no comportamento dinâmico do trem-de-pouso. O modelo proposto mostrou-se versátil, fornecendo bons resultados mesmo com um número reduzido de graus de liberdade.

Os administradores dos aeroportos rotineiramente promovem avaliações em suas pistas para verificar a situação do pavimento em condições de pista molhada. Este trabalho concentra resultados de 52 (cinqüenta e dois) aeroportos brasileiros que tiveram suas pistas de pouso e decolagem avaliados quanto ao atrito pneu-pavimento. Associou-se aos valores numéricos dos ensaios de atrito à variação sazonal (precipitação e temperatura) para compreender a variação de atrito de uma mesma pista em dias diferentes. Nos aeroportos de São Paulo e Mato Grosso do Sul foram coletados dados de ocorrência de acidentes e associados aos valores de atrito encontrados e concluiu-se que o valor = 0.50, estipulado para identificar o momento de fazer uma intervenção na pista, não pode ser o resultado direto gerado pelo equipamento pontualmente. Deve-se analisar sob que condições climáticas o ensaio foi realizado, se a pista estava limpa ou com excesso de agentes contaminantes como poeira e borracha dos pneus. A realização do ensaio deveria ser programada em função da ocorrência de precipitação, que foi a informação que provocou de forma mais significativa melhoria dos resultados de medição de atrito.

A disposição de resíduos sólidos é um dos temas mais discutidos na atualidade. A queima controlada dos resíduos possibilita a redução do volume a ser depositado e a geração de energia. Este trabalho estudou o emprego de uma nova tecnologia no atual processo de queima de uma série de resíduos carbonosos. Um sistema de catálise foi utilizado para sintetizar nanotubos de carbono (CNTs) a partir dos gases gerados pela pirólise/combustão dos resíduos. Os CNTs são materiais com alto valor de mercado devido às suas excepcionais propriedades. Foram alvos de estudo os resíduos da indústria do etanol (bagaço da cana-de-açúcar e grãos secos de destilaria com solúveis - DDGS), borracha de pneus inservíveis e garrafas de poli(tereftalato de etileno) pós-consumo. Amostras dos resíduos foram incineradas em um forno de fluxo contínuo com atmosfera controlada através da injeção de N2 e temperaturas de 600-1000°C, sendo que jatos de O2 foram adicionados em alguns experimentos. O efluente gasoso da queima foi submetido a um filtro de SiC e repassado a um segundo forno com temperatura constante de 1000°C. Telas de aço inoxidável foram dispostas no forno secundário para atuarem como catalisador. A cromatografia gasosa foi utilizada para a comparação dos efluentes com e sem o uso do catalisador, sendo constatado que o emprego das telas ocasionou uma significativa redução na emissão de poluentes. Após os experimentos, foi verificada a formação de partículas de carbono sólido na superfície do catalisador. As partículas formadas foram submetidas a análises por MEV, MET, TG e Raman. Os resultados apontaram a formação de nanotubos de carbono de parede múltiplas com comprimentos de 20 a 50 µm e diâmetros entre 20 e 50 nm quando empregados pneus e bagaço da cana como matérias-primas. Experimentos que empregaram DDGS e garrafas PET produziram microfibras de carbono com comprimentos em torno de 40 µm e diâmetros entre 80 e 200 nm. / The disposal of solid wastes is one of the most discussed topics nowadays. Controlled burning allows the reduction of waste volumes to be deposited, and the energy generation. This study examined the use of a new technology in the current burn processes of several carbonaceous wastes. A catalyst system was used to synthesize carbon nanotubes (CNTs) from the gases generated by pyrolysis/combustion of wastes. CNTs are materials with high market value due to its exceptional properties. Residues of the ethanol industry (sugarcane bagasse and distillers dried grains with solubles - DDGS), scrap tire rubbers and post-consumer polyethylene terephthalate bottles were subject of study. Waste samples were incinerated in a laminar-flow furnace with controlled atmosphere by injection of N2, and temperatures of 600-1000°C, while jets of O2 were added in some experiments. The effluent gases were subjected to a SiC filter and channeled into the second furnace with constant temperature of 1000°C. Stainless steel meshes were placed in the second furnace in order to work as catalyst. Gas chromatography was used to compare the effluent with and without the catalyst use, wherein was showed that the use of meshes caused a significant reduction in the emissions. After the experiments, the formation of solid carbon particles was verified on the catalyst surface. The formed particles were analyzed by SEM, TEM, TG and Raman. Results showed the formation of multi-wall carbon nanotubes with lengths of 20-50 µm and diameters in the range of 20-50 nm when tires and sugarcane bagasse were used as raw materials. Experiments using DDGS and PET bottles produced carbon microfibers with lengths of about 40 µm and diameters of 80-200 nm.