Resumo: A quantificação de material particulado (MP) emitido em dutos e chaminés, de fontes estacionárias, possibilita o seu enquadramento aos padrões de emissão legais estabelecidos em normas ambientais. Também, esta fornece importante informação para a indústria, que poderá utilizá-la de forma a verificar as necessidades de variações do seu processo industrial, aprimorando a eficiência dos sistemas de controle instalados e otimizando a instalação de novos equipamentos. Na prática, das metodologias consideradas convenientes para a coleta e análise do MP, a isocinética vem demonstrando ser a mais adequada dada a equiparação dos parâmetros do emissor e do coletor, minimizando os erros devidos ao desvio do fluxo de gases e MP em condições do sistema fora do equilíbrio. Seguindo-se esta premissa, foi elaborado a presente pesquisa e desenvolvimento, no qual foi desenvolvido e testado em campo, com dados estatísticos, comparativamente a outro equipamento disponível e aprovado no mercado nacional. O equipamento ER1 foi construído dentro de critérios para atender aos preceitos da norma NBR 12.827/1993, utilizando materiais e sensores com tecnologias atuais e disponíveis no mercado. As melhorias tecnológicas plicadas ao equipamento ER1, se comparado aos equipamentos nacionais, o torna de fácil operação, gerando resultados rápidos e confiáveis. Os dados da inter comparação realizada entre o equipamento de referência e o equipamento ER1, 292 e 295 mg/Nm3 respectivamente, demonstraram que esta metodologia e equipamento são opções tecnológicas adicionais disponíveis para o mercado Brasileiro. Pelas inovações propostas foi solicitado junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial, INPI, registro de depósito de patente em 29 de Janeiro

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-10Bitstream added on 2014-06-13T20:26:37Z : No. of bitstreams: 1 amorim_eb_dr_guara.pdf: 1889481 bytes, checksum: 5005a753868f53b2c37eb4f636e0c9b0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Um dos principais efeitos das queimadas na Floresta Amazônica é a liberação de grandes quantidades de carbono para a atmosfera como resultado da queima de biomassa. Esse carbono contribui para o aquecimento global através do efeito estufa. Entre 2000 e 2011, a taxa média de desmatamento na floresta Amazônica foi de 15815 km²/ano. Realizou-se então um experimento com a finalidade de simular uma queimada real da Floresta Amazônica para estimar as emissões dos principais gases da combustão de sua biomassa. A taxa de consumo de biomassa calculada foi de 23,5% para troncos largos e de 89,2% para galhos finos. As médias para os fatores de emissão de CO2, CO, CH4, NMHC, e MP2,5, calculados para 3 horas de amostragem, foram respectivamentes de 1513 ± 151; 157 ± 53; 8,2 ± 4,7; 3,9 ± 2,3 e 1,9 ± 2 g/kg para queima de biomassa seca. Calculou-se que um hectare de floresta queimada produziu cerca de 232115 kg de CO2, 24141 kg de CO, 1254 kg de CH4, 596 kg de NMHC e 285 kg de MP2,5. Assim, tem-se que a quantidade de CO2 liberado para a atmosfera levando-se em consideração a taxa de desmatamento de 15815 km²/ano é 457 Mt/ano. Esta taxa corresponde a 0,91% das emissões globais de gases do efeito estufa. Realizaram-se também experimentos em laboratório com o intuito de comparar os resultados obtidos em Alta Floresta no ano de 2004 e em Cruzeiro do Sul no ano de 2010 com possíveis simulações em laboratório em que a escala, a devastação e a poluição seriam menores; nestes experimentos também foram avaliados quais fatores (diâmetro do tronco, inclinação da bandeja e vazão) mais influenciariam na emissão de gases poluentes. A biomassa escolhida para a queima em laboratório foi o eucalipto, espécie muito comum na região - Vale do Paraíba. Utilizou-se a técnica de cromatografia e analisadores... / One of the main effects of burning areas of the Amazon Forest is release of large amounts of carbon into the atmosphere as a result of burning biomass. This carbon contributes to global warming by means of the greenhouse effect. Between 2000 and 2011, the average deforestation rate in the Amazon was 15,815 km2 year-1. An experiment was carried out to simulate real burning in the Amazon in order to estimate emission of the main gases released by combustion of its biomass. The rate of consumption of biomass was 23.5% for large trunks and 89.2% for fine branches. Average emission factor when burning dry biomass was 1,513 ± 151 g kg-1 for CO2; for CO it was 157 ± 53 g kg-1; for CH4 it was 8.2 ± 4.7 g kg-1; for NMHC it was 3.9 ± 2.3 g kg-1; and for PM2.5 it was 1.9 ± 2 g kg-1. Calculation revealed that a hectare of burned forest produced 232,115 kg of CO2, 24,141 kg of CO, 1,254 kg of CH4, 596 kg of NMHC, and 285 kg of PM2.5. Thus the quantity of CO2 released into the atmosphere is 457 Mt year-1, considering deforestation of 15,815 km² year-1. This rate is equivalent to 0.91% of global greenhouse gas emissions. Laboratory tests were also carried out in order to compare results obtained in Alta Floresta (2004) and Cruzeiro do Sul (2010) with possible laboratory simulations in which the scale would be smaller and there would be less devastation and pollution; these experiments were also analyzed which factors (trunk diameter, tray slope, and flow rate) influenced gaseous pollution emissions. Biomass chosen for the laboratory burn was eucalyptus, a species that is very common in the Paraiba Valley. Gas Chromatography and specific analyzers were utilized to calculate concentration in PPM of the main gases emitted. The following average values were found for emission factors for CO2: 1,437 ± 119 g kg-1 (by chromatography) and... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-06Bitstream added on 2014-06-13T20:46:41Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_fas_dr_guara.pdf: 3076984 bytes, checksum: 6833a3bc4020fc3cf5399772c618a87a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Companhia Siderurgica de Tubarao / Este estudo apresenta uma simulação em computador do processo de queima com oxigênio puro de gás natural, Óleo 2A, diesel e GLP com a finalidade de se prever concentrações de reagentes e o comportamento da temperatura na câmara de combustão. Posteriormente, realizou-se uma comparação experimental entre a queima com ar e com oxigênio utilizando para isto, gás GLP em uma câmara de combustão vertical. Os resultados mostram que é possível equiparar a oxi-combustão com a queima com ar em termos energéticos, porém mantendo-se os benefícios da alta eficiência e das emissões gasosas, isso porque na queima com oxigênio puro, as emissões de CO2 são concentradas e as de NOx são quase nulas. A substituição também é tecnicamente possível, com poucas modificações na câmara de combustão, apenas uma diminuição nas dimensões da mesma e uma melhoria no isolamento. Dos resultados também se observou que a oxi-combustão quando energeticamente equiparada a queima com ar leva a uma redução no volume de gases gerados, o que diminui a turbulência. A decisão de substituir a queima com ar convencional pela oxi-combustão deve passar por um estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental do sistema particular. Com o protocolo de Kyoto, a oxi-combustão tornou-se objeto de discussão mundial e seu estudo e implementação hoje é necessária, uma vez que petróleo e seus derivados, por serem produtos não renováveis, tendem a aumentar seu preço e esse aumento tem-se intensificado nos últimos anos pela instabilidade política dos países produtores, fora o fato de suas emissões serem extremamente prejudiciais. O uso destes combustíveis de forma mais eficiente e menos poluente é de extrema importância no cenário atual, já que ainda não é possível a total substituição destas fontes energéticas pelas renováveis / This study started with a computer simulation of combustion process with pure oxigen of natural gas, 2A oil, diesel and LPG in order to predict concentrations of reagents and temperature behavior in the chamber. After that, a experimental comparison was carried out between air combustion and oxy combustion using LPG in a vertical combustion chamber. The results show that it is possible to treat equally the oxy combustion with air combustion in terms of energy, but keeping the benefits of high efficiency and gaseous emissions, because with combustion with pure oxygen, CO2 emissions are concentrated and NOx are near zero. The substitution is also technically possible, with few modifications in the combustion chamber, only a decrease in its dimensions and an improvement in isolation. The results also revealed that when oxy combustion is equally treated energetically with air combustion leads to a decrease in gas volume generated, which reduces turbulence. The decision to replace the conventional air combustion with oxy combustion must pass a technical viability study, economic and environmental aspects of the particular system. With the Kyoto protocol, the oxy combustion became the subject of worldwide discussion and its study and implementation is now needed, since petrol oil and its derivatives, because they are non-renewable product, tends to have a price increase and this increase has intensified in recent years by political instability in producing countries, apart from the fact that their emissions are extremely harmful. The use of these fuels more efficiently and cleaner is extremely important in the current scenario, since it is not yet possible to fully replace these by renewable energy sources

O presente trabalho constitui o projeto e a construção de um motor de combustão interna de êmbolo rotativo, idealizado pela empresa M.I.T. (Miranda Inovações Tecnológicas), no qual buscou-se, por analise teórica e comparação com outras máquinas identificar as reais possibilidades das inovações sugeridas, tanto no aspecto funcional quanto no construtivo. A investigação visou descrever e explicar o embasamento teórico sobre o qual foi pensado o motor, as diversas inovações propostas e as peculiaridades construtivas em relação ao que é atualmente produzido. Dentre as novidades pode-se destacar a configuração escolhido para o motor, o formato das câmaras de combustão e, principalmente, o sistema de vedação proposto. Este último usa a chamada vedação por labirinto (tipo de vedação que se vale da perda de pressão que ocorre em um fluído após sucessivas expansões e compressões), no local do sistema tradicional (que veda através do contato físico entre os elementos de selagem e os componentes do motor). Para que fosse possível operacionalizar, ainda que teoricamente, este tipo de vedação, praticamente todo o estudo do motor concentrou-se sobre este ponto. O projeto e a construção de dois protótipos do motor expõem as dificuldades envolvidas na produção de uma máquina com as características propostas, mesmo quando são desconsideradas diversas variáveis (como custo de produção e peso final), e visa-se apenas criar as condições necessárias para que o motor possa ser confeccionado com a máxima confiabilidade possível em relação as soluções estudadas para conseguir demonstrar, quando testado, a sua real potencialidade. As alternativas propostas pelo motor MIT parecem bastante promissoras porém, por tratar-se de uma máquina que apresenta diversos inovações, estudos mais aprofundados deverão ser feitos para melhor entender aspectos fundamentais de seu funcionamento. Entretanto a questão mais importante, e que diferencia este motor, é o sistema de vedação das câmaras de trabalho, portanto compreender a influência do formato e dimensão do labirinto, da distância deste da parede da câmara de trabalho, da velocidade do êmbolo e outros fatores que afetem o seu desempenho pode ser essencial para viabiliza-lo tecnicamente. / The present work describes the project and construction of rotary piston internal combustion engine, designed by MIT ( “Miranda Inovações Tecnológicas”) company, with the purpose of, through theoretical analysis and the comparison with other machines, identifying the real possibilities of the suggested innovations, considering both functional and constructive aspects. The investigation aimed at describing and explaining the theoretical basis on which the engine was idealized, the various innovations proposed and the constructive peculiarities in relation with what is being nowadays produced. Among the novelties, special attention can be given to the configuration that was chosen for the engine, the format of the combustion chambers and, mainly, the proposed sealing system. The latter uses the so-called labyrinth sealing (kind of sealing that uses the loss of pressure that occurs in a fluid after the gas successively compressing and expanding) in the place of the traditional system (which seals through physical contact between the sealing elements and the engine components). In order to make this kind of sealing operational, even if theoretically, nearly all the study of the engine was focused on this point. The project and construction of two engine prototypes reports the difficulties involved in the production of a machine with the characteristics proposed, even when many variables are not considered (such as cost of production and final weight) and it is aimed only at creating the necessary conditions to build the engine with the most possible reliability with regards to the solutions studied so that, when it is tested, its real potentiality can be demonstrated. The alternative proposed by the MIT engine seems to be very promising but, due to the fact that it is a machine presenting several innovations, it should be more thoroughly studied so there can be a better understanding of essential aspects of its functioning. However, the most important point and which differentiates this engine is the system of sealing the work chambers. As a consequence, understanding the influence of the format and dimension of the labyrinth, of the distance between the labyrinth and the work chamber wall, of the piston speed and other factors which can affect the performance of the engine may be essential to make it technically feasible.

As ferramentas de simulação numérica têm evoluído consideravelmente nos últimos vinte anos e aproximam-se cada vez mais do dia a dia das soluções de Engenharia, fornecendo diversas funcionalidades que o Engenheiro pode implementar para a previsão de fenômenos, antes exclusivamente compreendidos experimentalmente. Mesmo sendo muito úteis e razoavelmente compreensíveis para os usuários, estas ferramentas não compreendem toda a gama de adaptações necessárias para resolver casos específicos, e podem trazer prejuízos à compreensão do problema e até uma solução errônea do caso em questão. O objetivo do presente trabalho é utilizar uma ferramenta comercial de simulação numérica para a solução de dois casos de escoamentos reativos. Visa também discutir criticamente a solução obtida e apresentar uma maneira de aplicar os conhecimentos adquiridos na simulação de uma câmara de combustão real. O primeiro estudo de caso é uma câmara cilíndrica experimentada e apresentada em 1994 por Garreton e Simonin. Trata-se de um caso semelhante a fornalhas de aquecimento d’água e em processos com caldeiras fumotubulares. O queimador é de jatos concêntricos utilizando gás natural e ar atmosférico como reagentes. Uma análise das soluções obtidas com diferentes modelos de turbulência é realizada e discutida para uma segunda abordagem, onde a influência das condições de contorno do domínio e dos modelos de radiação são abordadas. O segundo estudo de caso é a câmara de combustão experimentada por Meier, 2000. A geometria e condições do caso assemelham-se a de combustores de turbinas a gás, incineradores e fornos industriais. O caso apresenta um escoamento muito turbulento e instável, de gás natural e ar atmosférico. Uma discussão sobre a metodologia de solução deste problema é feita para explorar os pontos comuns a soluções de combustores industriais, como por exemplo, o de um forno secador de minério rotativo. Os diferentes resultados numéricos obtidos nos dois casos mostram que todos os modelos geram resultados pelo menos qualitativamente coerentes, mas apresentam erros numéricos razoáveis. A partir da discussão dos resultados apresenta-se uma proposta de modelagem para um caso prático envolvendo uma geometria mais complexa, e apontam-se os pontos de risco para análise dos resultados. / Numerical simulation tools have reasonably evolved in the last twenty years and are getting increasingly closer to routine Engineering solutions, providing features that the Engineer can use to predict phenomena that were previously only experimentally understood. Despite being useful and easy-to-understand, these tools do not include all adaptations required to solve specific cases, leading to misunderstanding of the problem and even to wrong solutions. The present study aimed at using a commercial CFD code for the solution of two reacting flow cases, critically discussing the solutions and presenting an application of acquired the knowledge in simulations of real combustion chambers. The first case study was a cylindrical chamber, tested and presented in 1994 by Garreton and Simonin, which is similar to water-heating boilers and parallel tube furnaces. The burner uses concentric jets, with natural gas and atmospheric air as reactants. An analysis of the obtained solutions applying different turbulence models was carried out, and the solutions were discussed in a second approach on boundary conditions and radiation transfer models. The second case study was the combustion chamber tested by Meier, 2000. Its geometry and boundary conditions are similar to those of gas turbine combustors, incinerators, and industrial furnaces. The chamber presents a strongly turbulent and unstable flow of natural gas and atmospheric air. The methodology to solve this problem was discussed, considering issues also found in solutions for industrial burners, such as those used in mineral rotatory dryers. The different numerical results obtained in both cases show that all models provide at least qualitatively coherent results, but present numerical errors. Based on the discussion of the results, a proposal for modeling a practical case involving a much more complex geometry is presented, and risk issues for further result analysis are pointed out.

Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: José Nedilo Carrinho de Castro / Banca: Christian Jeremi Coronado Rodriguez / Banca: Valesca Alves Corrêa / Resumo: Este estudo apresenta uma simulação em computador do processo de queima com oxigênio puro de gás natural, Óleo 2A, diesel e GLP com a finalidade de se prever concentrações de reagentes e o comportamento da temperatura na câmara de combustão. Posteriormente, realizou-se uma comparação experimental entre a queima com ar e com oxigênio utilizando para isto, gás GLP em uma câmara de combustão vertical. Os resultados mostram que é possível equiparar a oxi-combustão com a queima com ar em termos energéticos, porém mantendo-se os benefícios da alta eficiência e das emissões gasosas, isso porque na queima com oxigênio puro, as emissões de CO2 são concentradas e as de NOx são quase nulas. A substituição também é tecnicamente possível, com poucas modificações na câmara de combustão, apenas uma diminuição nas dimensões da mesma e uma melhoria no isolamento. Dos resultados também se observou que a oxi-combustão quando energeticamente equiparada a queima com ar leva a uma redução no volume de gases gerados, o que diminui a turbulência. A decisão de substituir a queima com ar convencional pela oxi-combustão deve passar por um estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental do sistema particular. Com o protocolo de Kyoto, a oxi-combustão tornou-se objeto de discussão mundial e seu estudo e implementação hoje é necessária, uma vez que petróleo e seus derivados, por serem produtos não renováveis, tendem a aumentar seu preço e esse aumento tem-se intensificado nos últimos anos pela instabilidade política dos países produtores, fora o fato de suas emissões serem extremamente prejudiciais. O uso destes combustíveis de forma mais eficiente e menos poluente é de extrema importância no cenário atual, já que ainda não é possível a total substituição destas fontes energéticas pelas renováveis / Abstract:This study started with a computer simulation of combustion process with pure oxigen of natural gas, 2A oil, diesel and LPG in order to predict concentrations of reagents and temperature behavior in the chamber. After that, a experimental comparison was carried out between air combustion and oxy combustion using LPG in a vertical combustion chamber. The results show that it is possible to treat equally the oxy combustion with air combustion in terms of energy, but keeping the benefits of high efficiency and gaseous emissions, because with combustion with pure oxygen, CO2 emissions are concentrated and NOx are near zero. The substitution is also technically possible, with few modifications in the combustion chamber, only a decrease in its dimensions and an improvement in isolation. The results also revealed that when oxy combustion is equally treated energetically with air combustion leads to a decrease in gas volume generated, which reduces turbulence. The decision to replace the conventional air combustion with oxy combustion must pass a technical viability study, economic and environmental aspects of the particular system. With the Kyoto protocol, the oxy combustion became the subject of worldwide discussion and its study and implementation is now needed, since petrol oil and its derivatives, because they are non-renewable product, tends to have a price increase and this increase has intensified in recent years by political instability in producing countries, apart from the fact that their emissions are extremely harmful. The use of these fuels more efficiently and cleaner is extremely important in the current scenario, since it is not yet possible to fully replace these by renewable energy sources / Doutor

Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Turibio Gomes Soares Neto / Banca: Mauricio Araujo Zanardi / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Karla Maria Longo de Freitas / Banca: Ely Vieira Cortezi / Resumo: Um dos principais efeitos das queimadas na Floresta Amazônica é a liberação de grandes quantidades de carbono para a atmosfera como resultado da queima de biomassa. Esse carbono contribui para o aquecimento global através do efeito estufa. Entre 2000 e 2011, a taxa média de desmatamento na floresta Amazônica foi de 15815 km²/ano. Realizou-se então um experimento com a finalidade de simular uma queimada real da Floresta Amazônica para estimar as emissões dos principais gases da combustão de sua biomassa. A taxa de consumo de biomassa calculada foi de 23,5% para troncos largos e de 89,2% para galhos finos. As médias para os fatores de emissão de CO2, CO, CH4, NMHC, e MP2,5, calculados para 3 horas de amostragem, foram respectivamentes de 1513 ± 151; 157 ± 53; 8,2 ± 4,7; 3,9 ± 2,3 e 1,9 ± 2 g/kg para queima de biomassa seca. Calculou-se que um hectare de floresta queimada produziu cerca de 232115 kg de CO2, 24141 kg de CO, 1254 kg de CH4, 596 kg de NMHC e 285 kg de MP2,5. Assim, tem-se que a quantidade de CO2 liberado para a atmosfera levando-se em consideração a taxa de desmatamento de 15815 km²/ano é 457 Mt/ano. Esta taxa corresponde a 0,91% das emissões globais de gases do efeito estufa. Realizaram-se também experimentos em laboratório com o intuito de comparar os resultados obtidos em Alta Floresta no ano de 2004 e em Cruzeiro do Sul no ano de 2010 com possíveis simulações em laboratório em que a escala, a devastação e a poluição seriam menores; nestes experimentos também foram avaliados quais fatores (diâmetro do tronco, inclinação da bandeja e vazão) mais influenciariam na emissão de gases poluentes. A biomassa escolhida para a queima em laboratório foi o eucalipto, espécie muito comum na região - Vale do Paraíba. Utilizou-se a técnica de cromatografia e analisadores... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One of the main effects of burning areas of the Amazon Forest is release of large amounts of carbon into the atmosphere as a result of burning biomass. This carbon contributes to global warming by means of the greenhouse effect. Between 2000 and 2011, the average deforestation rate in the Amazon was 15,815 km2 year-1. An experiment was carried out to simulate real burning in the Amazon in order to estimate emission of the main gases released by combustion of its biomass. The rate of consumption of biomass was 23.5% for large trunks and 89.2% for fine branches. Average emission factor when burning dry biomass was 1,513 ± 151 g kg-1 for CO2; for CO it was 157 ± 53 g kg-1; for CH4 it was 8.2 ± 4.7 g kg-1; for NMHC it was 3.9 ± 2.3 g kg-1; and for PM2.5 it was 1.9 ± 2 g kg-1. Calculation revealed that a hectare of burned forest produced 232,115 kg of CO2, 24,141 kg of CO, 1,254 kg of CH4, 596 kg of NMHC, and 285 kg of PM2.5. Thus the quantity of CO2 released into the atmosphere is 457 Mt year-1, considering deforestation of 15,815 km² year-1. This rate is equivalent to 0.91% of global greenhouse gas emissions. Laboratory tests were also carried out in order to compare results obtained in Alta Floresta (2004) and Cruzeiro do Sul (2010) with possible laboratory simulations in which the scale would be smaller and there would be less devastation and pollution; these experiments were also analyzed which factors (trunk diameter, tray slope, and flow rate) influenced gaseous pollution emissions. Biomass chosen for the laboratory burn was eucalyptus, a species that is very common in the Paraiba Valley. Gas Chromatography and specific analyzers were utilized to calculate concentration in PPM of the main gases emitted. The following average values were found for emission factors for CO2: 1,437 ± 119 g kg-1 (by chromatography) and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho, objetivou-se produzir catalisadores a partir de fibras cerâmicas de óxido de cério (céria) usando o método de electrospinning e o estudo da influência de diferentes morfologias dos produtos formados na reação de combustão catalítica do metano. No processo experimental, foi preparada uma solução com os precursores nitrato de cério hexahidratado e acetato de cobre em álcool etílico e uma solução de PVB – polivinilbutiral na concentração 10% em álcool etílico. Para a produção das fibras, variaram-se parâmetros tais como distância de 100mm e 130mm entre os eletrodos e diâmetro externo dos capilares de 1,0 e 1,2mm, com a intenção de variar a morfologia das fibras obtidas. A voltagem do equipamento foi ajustada em 13,5kV e vazão da solução fixada em 0,8ml/h. As fibras foram calcinadas a 600°C com taxa de aquecimento de 1,4°C/min., por 15 minutos.A caracterização das fibras foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (ATG) e determinação da área superficial utilizando o método Brunauer-Emmet-Teller (BET). Antes do tratamento térmico, as fibras possuíam diâmetros entre 0,29 a 0,63μm. Após esse tratamento, observou-se uma redução de aproximadamente 40% no diâmetro da fibra. A área superficial específica das fibras após o tratamento térmico variou entre 14,0 a 34,5 m2/g. Os ensaios catalíticos mostraram que as fibras possuem atividade catalítica, reduzindo a emissão de CO e NOx. / This study aimed to produce catalysts from cerium oxide fibers using the electrospinning method and evaluate the influence of different morphologies of the obtained products in the catalytic activity during the combustion of methane. In the experimental procedure, a solution was prepared using as precursors cerium nitrate hexahydrate, copper acetate, ethanol and a solution of polyvinylbutyral (10 wt% in ethanol). With the intention of varying the morphology of the fibers two parameters of the electrospinning process was changed: the distance between the electrodes (100 and 130mm) and the capillary diameter (1.0 an 1.2 mm). During the electrospinning process the voltage was set to 13.5 kV and the solution flow rate was set to 0.8 mL/h. The obtained fibers were heat treated at 600 °C with a heating rate of 1.4 °C/min for 15 minutes. Fiber characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and the specific surface area was determinate using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. Before the heat treatment the fibers had diameters between 0.29 to 0.63 μm. After the treatment, there was an approximately 40% reduction in fiber diameter. The specific surface area of the fibers after heat treatment ranged from 14.0 to 34.5 m2/g. The catalytic tests showed that the fibers have good catalytic activity, reducing the emission of CO and NOx during the combustion of methane.

Uma das principais preocupações dos pesquisadores na otimização do par combustível motor é a de encontrar a velocidade de propagação da chama em motores de combustão interna, sendo de importância fundamental para esta definição o avanço de ignição, a relação de compressão, e a relação ar/combustível. Sabendo-se que, quanto maior a velocidade de propagação, menor deverá ser o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura antes do ponto morto superior, e conseqüentemente maior deverá ser a eficiência do ciclo, foram ensaiados 5 relações ar/combustível e 3 relações de compressão, para 5 diferentes combustíveis de composição química conhecida. Para o combustível gás natural veicular realizou-se a análise de emissões dos resíduos de combustão, cujos resultados demonstram variações significativas entre as medidas de tempo, a ignição do combustível e a máxima variação de pressão na câmara de combustão, em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). As medidas do tempo de combustão foram realizadas utilizando-se combustíveis líquidos oxigenados como o metil terc butil éter (MTBE), terc amil etil éter (TAEE) e a gasolina comum, e não oxigenados como o isooctano e como combustível gasoso o GNV (gás natural veicular), em função da relação de compressão e razão de mistura ar + combustível. Os resultados obtidos indicaram que os combustíveis de cadeias ramificadas e combustíveis oxigenados apresentam menores velocidades de propagação da chama na câmara de combustão. Verificou-se um acréscimo na velocidade de combustão entre os diversos combustíveis ensaiados, que mostrou-se diretamente proporcional à relação de compressão. Comprovou-se a existência de uma variação da velocidade de combustão devido as variações da relação ar + combustível, onde esta passa por um valor máximo próximo a lambda 0,9 para os combustíveis líquidos e 1 para o gás natural veicular, tendo seu valor reduzido para relações de mistura ar + combustível diferentes destes valores até tornar-se instável. / Essential considerations from researcher that works on the motor-fuel optimization problem, is find out the best flame speed from internal combustion engines. To establish this propagation speed is essential to know: the ignition advancement, the compression link, and the air/fuel relation. As higher as the ignition speed, lower is the need of a negative work to compress the mixture before the top dead center, and than the best cyclic efficiency point. Five relations air/fuel, at three different compression rate where tested, for five different fuel types, with a known chemical composition. For the vehicle natural gas, the combustion residue remaining for the emission was also analyzed, and the results are presented on this paper. The analytical results allow us to demonstrate deep variations between the time table, the fuel ignition and the maximum pressure variation inside the internal combustion chamber on a CFR engine (Cooperative Fuel Research). The combustion time table data were acquired on a high oxygen liquid metil terc butil éter (MTBE) and terc amil etil éter (TAEE) fuels, on a normal gasoline, on no oxygen isooctano fuel, and on a vehicle fuel gas as GNV (natural gas), as a function of the relation in between the compression and the air/fuel mixture proportion. The lab results expressed that the branched of chains and high oxygen fuel have lower speed flame propagation inside the combustion chambers. A speed up on the combustion fuel tested could be appraised, and shows that have a strait and direct proportional connection with the compression rate. We could confirm a speed variation on the combustion connected with the air + fuel relation, giving evidences that the high values are near the lambda 0.9 value for the liquid fuels and near 1.0 for the natural gas, that have a reduction on the values for different air + fuel relations till an instable point.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-04-12T13:16:25Z No. of bitstreams: 1 2010_JoseLucioPinheiroJunior.pdf: 1880455 bytes, checksum: ef7600b340c84ac879e97bbf8f25e62b (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2011-05-05T20:41:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_JoseLucioPinheiroJunior.pdf: 1880455 bytes, checksum: ef7600b340c84ac879e97bbf8f25e62b (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-05T20:41:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_JoseLucioPinheiroJunior.pdf: 1880455 bytes, checksum: ef7600b340c84ac879e97bbf8f25e62b (MD5) / As turbinas a gás se destacam na área de propulsão aeronáutica e, principalmente, geração de energia. Nesse último caso, a eficiência alcançada com o uso do ciclo combinado e recuperação de calor pode superar 50%, além de que a modularidade de um sistema de geração com turbinas a gás permite uma construção rápida, com um investimento inicial reduzido e fáceis ampliações de acordo com necessidades futuras. Outra vantagem é a possibilidade de utilizar uma grande variedade de combustíveis, apenas com algumas adaptações. Aproveitando essas características, os combustores de turbinas a gás operavam tradicionalmente sem a pré-mistura do combustível e oxidante, por motivos de segurança e estabilidade da chama. No entanto, esse regime de operação leva a uma elevada formação de óxidos de nitrogênio, devido às altas temperaturas alcançadas nas regiões onde a mistura de ar e combustível se aproxima da condição estequiométrica. Para atender a novos limites impostos para a emissão desses poluentes, nas últimas décadas tem se destacado o uso da tecnologia LPP (lean premixed prevaporized) que, empregando uma mistura gasosa uniforme de baixa razão de equivalência, tem como principal vantagem evitar as condições de alta temperatura, responsáveis pelo mecanismo térmico de formação de x NO x . Dessa forma, as emissões de x NO em turbinas a gás podem ser reduzidas a níveis inferiores a 10 ppm. O projeto desses combustores LPP não é uma tarefa simples, apesar da ampla difusão e desenvolvimento de ferramentas CFD pois, devido ao elevado esforço computacional necessário para realizar simulações turbulentas tridimensionais com mecanismos detalhados, são empregados mecanismos de cinética química reduzida. Além disso, as interações entre o processo turbulento e a cinética química são de difícil análise, e requer modelos acurados para fornecer boas estimativas para as emissões dos principais poluentes. Limitações desse tipo são as principais causas das dificuldades enfrentadas ao se prever os níveis de emissões dos modernos combustores de baixo nível de poluentes, sobretudo considerando-se o aumento da importância e participação de diversos mecanismos de formação de poluentes nas emissões totais. Conseqüentemente, a seleção de modelos apropriados é fundamental para consistência de resultados e validação das simulações. Esse trabalho apresenta a simulação, em condições de plena carga, de uma câmara de combustão LPP real, desenvolvida e construída na Universidade de Brasília para uso em pequenas plantas de geração de energia com GLP como combustível. Por meio da comparação de dados experimentais disponíveis e resultados de simulações com um código CFD comercial, uma modelagem para o combustor – baseada nos modelos k - E e eddy dissipation – é investigada para utilização em previsões e aperfeiçoamentos dessa câmara de combustão LPP. Embora o processo de reação química seja limitado pela mistura turbulenta em grande parte do combustor (hipótese adotada pelo modelo eddy dissipation), faz-se necessário associar a descrição da cinética química ao processo reativo para reproduzir o início da combustão e a região de ancoragem da chama. Depois de ajustado o comportamento para as emissões de CO, as previsões fornecem uma indicação para os níveis de emissões de x NO . Além disso, por meio de uma análise de sensibilidade do modelo às variáveis de maior influência, algumas modificações no combustor são consideradas com o objetivo de reduzir as emissões de x NO x e CO. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Last decades new technologies in gas turbines involve the use of lean premixed prevaporized (LPP) combustors for achieving new restrictions on emission levels. The main advantage of LPP combustors is the small emission of x NOx , since the high temperatures of near stoichiometric operation – largely responsible for x NO production, known as thermal x NOx – are avoided. The design of LPP combustors is a complex task and, nowadays, has employed Computational Fluid Dynamics (CFD) codes in the flow field study and reaction process, although reduced mechanisms are used due to the required computational effort for carrying out turbulent 3D simulations with available detailed mechanisms. Also interactions between turbulent flow field and chemical kinetics require an accurate model to obtain good prediction about flow field and reaction rates. Model limitations like that are responsible by great difficulties for predicting pollutants emissions in modern combustors of low emission level, considering relative importance of diverse pathways. So choice of appropriate models is a key point to obtain relative consistency of results and to validate any simulation. This study presents the simulation of a real LPP combustor with combustion at two stages built at Universidade de Brasília for small plants operating with LPG fuel at full load. By means of comparisons between available experimental data and numerical results of a commercial CFD code, a combustor model based on k - E and eddy dissipation models is investigated to be used in prediction and developments of that LPP combustor. However, to establish the combustion beginning and pilot flame zone it’s necessary to use a finite rate associated with eddy dissipation model. After reproduce the CO emissions behavior, results provide an indication for x NO emission levels. In addition, sensitivity analysis and some combustor modifications are considered in order to reduce x NOx and CO emissions.