ARAÚJO, W. C. Análise do efeito do escoamento recíproco em queimador poroso volumétrico. 2016. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-25T11:39:50Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-03T16:14:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T16:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_wcaraújo.pdf: 2462907 bytes, checksum: bcee5f3adbb6f4bba2cd52531c6cf71b (MD5) Previous issue date: 2016-09-23 / This dissertation consists of a theoretical-experimental study, based on the fundamentals of Combustion in Porous Media technology, about the effect of reciprocal flow on the performance of a volumetric burner when compared in the unidirectional flow condition. This technology has attracted attention of combustion experts as to its application in renewable energy in the academic and business areas due to the possibility of burning low calorific fuels, associated with increased flammability range of air-fuel mixture, obtaining very low greenhouse gas emissions. In this study, it was used an experimental apparatus composed of a porous burner consisting of alumina spheres (Al2O3), a reversing the flow of gases system, a monitoring system and a data acquisition system and a analysis system of NOx and CO. The experiments were conducted in a wide equivalence ratio range (0,1 ≤ Φ ≥0,9) and gas flow velocity (0,1≤ vg ≥0,3) . From experimental data on temperature profiles, emissions and efficiency and, through the classical concepts of excess enthalpy and theoretical models for calculating temperature and emissions, a comparative analysis for both operating conditions of the porous burner was performed (unidirectional and reciprocal flow). The results showed that the use of the reciprocal flow increases the amount of recirculated heat to the cool mixture in relation to unidirectional flow condition enabling to obtain a higher reaction rate, energy extraction efficiency above 90% and ultra-low emissions of CO and NOx, 0,5 e 1 ppm, respectively. Furthermore, the heat recirculation becomes crucial for the process in ultra-low equivalence ratios (Φ ≤ 0,4) where the effect of excess enthalpy in the reaction zone may be better characterized. As a result of this larger recirculated heat, it happens a length of the fuel flammability limits, making the application of reciprocal flow markedly advantageous in this equivalence ratio range. Finally, the elements used in this research as tools for the interpretation of CMP phenomena, both the experimental apparatus and the analytical and numerical models, and the GASEQ software to calculate the chemical equilibrium, were shown to allow an analysis of the processes and of the concept of excess enthalpy with a certain consistency. / Esta dissertação consiste de um estudo teórico-experimental, com base nos fundamentos da tecnologia da Combustão em Meios Porosos (CMP), a respeito do efeito do escoamento recíproco sobre o desempenho de um queimador volumétrico, quando comparado com a condição de escoamento unidirecional. Essa tecnologia tem despertado atenção de especialistas em combustão quanto à sua aplicação em energias renováveis, nos âmbitos acadêmico e empresarial, devido à possibilidade de queima de combustíveis de baixo poder calorífico, associada ao aumento da faixa de inflamabilidade da mistura ar-combustível, obtendo baixíssimas emissões de gases poluentes. Nessa pesquisa foi utilizado um aparato experimental composto por um queimador poroso constituído de esferas de alumina (Al2O3), um sistema de reversão do escoamento dos gases, um sistema de monitoramento e aquisição de dados e um sistema para análise de NOx e CO. Os experimentos foram realizados em uma ampla faixa de razão de equivalência (0,1 ≤ Φ ≥ 0,9) e velocidade de escoamento dos gases (0,1≤ vg ≥0,3). A partir de dados experimentais sobre perfis de temperatura, emissões e eficiência e, através dos conceitos clássicos sobre excesso de entalpia e modelos teóricos para cálculo de temperatura e emissões, foi realizada uma análise comparativa entre as condições de operação do queimador poroso (escoamento unidirecional e recíproco). Os resultados mostraram que a utilização do escoamento recíproco aumenta a quantidade de calor recirculado para a mistura fresca em relação à condição de escoamento unidirecional, propiciando consequentemente a obtenção de uma taxa de reação mais elevada, eficiência de extração de energia acima de 90% e emissões ultrabaixas de CO e NOx, 0,5 e 1 ppm, respectivamente. Além disso, a recirculação de calor torna-se fundamental para o processo em razões de equivalências ultra baixas (Φ ≤ 0,4), onde o efeito do excesso de entalpia na zona de reação pode ser melhor caracterizado. Como resultado desse maior calor recirculado, ocorre a extensão dos limites de inflamabilidade do combustível, tornando a aplicação do fluxo recíproco acentuadamente mais vantajosa nessa faixa de razão de equivalência. Por fim, os elementos utilizados nesta pesquisa como ferramentas de metodologia de interpretação dos fenômenos da CMP, tanto o aparato experimental como os modelos analítico e numérico e o software GASEQ para cálculo do equilíbrio químico, mostraram-se apropriados para permitir uma analise dos processos e do conceito de excesso de entalpia com certa consistência.

SIQUEIRA, R. M. Combustão de filtração aplicada ao biogás com elevada concentração de Sulfeto de Hidrogênio. 2015. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-01T17:55:15Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) Previous issue date: 2015-05-29 / Using Natural Gas or Biogas in natura, containing high hydrogen (H2S) sulfide concentrations, to apply in conventional combustion processes, can cause several damages to equipment. This is due to the fact that it is a very corrosive gas that can form a sulfur acid reaction with water from combustion. In addition, using these fuels without pretreatment can cause instability on reaction, even under flame risk deletion, which implies in efficiency and oxide carbon (CO) and nitrogen oxide (NOx) emission levels. Therefore, this study refers to the experimental method of non-conventional combustion process application, the porous media combustion, also known as filtration combustion, to deal with these special fuels, impossible to use in known thermal systems. A burner all filled with alumina spheres (Al2O3) was the equipment used for these experiments. This inert porous media fills even the heat exchangers located on the ends of the burner. The equivalent ratio, flow velocity and gas composition influence in the process, are experimental analyzed. Preliminary results have suggested that when using an ultra-lean air-fuel mixture, the reaction can remain steady with a good H2S conversion and low CO and NOx emissions. / O uso do gás natural ou biogás in natura, contendo elevadas concentrações de sulfeto de hidrogênio (H2S), para aplicação em processos de combustão convencionais, pode acarretar em diversos danos aos equipamentos, devido esse gás ser bastante corrosivo e, também, por formar ácido sulfúrico ao reagir com a água resultante da combustão. Além do que, a utilização dos citados combustíveis sem um tratamento prévio pode ocasionar instabilidade da reação, inclusive sob risco de apagamento da chama, o que implica na eficiência e nos níveis de emissão de monóxido de carbono (CO) e óxido de nitrogênio (NOx). Portanto, o presente trabalho refere-se ao estudo experimental da aplicação de um processo de combustão não-convencional, a combustão em meios porosos, também conhecida como combustão de filtração (CF), para lidar com esses combustíveis especiais, impossível para os sistemas térmicos conhecidos. O equipamento utilizado nos experimentos é um queimador, preenchido totalmente por esferas de alumina (Al2O3), em que esse meio poroso inerte envolve inclusive os trocadores de calor localizados nas extremidades do queimador. A influência da razão de equivalência, velocidade de escoamento e composição do gás sob o processo é analisada experimentalmente. Os resultados sugerem que, mesmo utilizando uma mistura ar-combustível ultra pobre, a reação pode se manter estável, apresentando boa conversão do H2S e baixas emissões de NOx

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Using Natural Gas or Biogas in natura, containing high hydrogen (H2S) sulfide concentrations, to apply in conventional combustion processes, can cause several damages to equipment. This is due to the fact that it is a very corrosive gas that can form a sulfur acid reaction with water from combustion. In addition, using these fuels without pretreatment can cause instability on reaction, even under flame risk deletion, which implies in efficiency and oxide carbon (CO) and nitrogen oxide (NOx) emission levels. Therefore, this study refers to the experimental method of non-conventional combustion process application, the porous media combustion, also known as filtration combustion, to deal with these special fuels, impossible to use in known thermal systems. A burner all filled with alumina spheres (Al2O3) was the equipment used for these experiments. This inert porous media fills even the heat exchangers located on the ends of the burner. The equivalent ratio, flow velocity and gas composition influence in the process, are experimental analyzed. Preliminary results have suggested that when using an ultra-lean air-fuel mixture, the reaction can remain steady with a good H2S conversion and low CO and NOx emissions. / O uso do gÃs natural ou biogÃs in natura, contendo elevadas concentraÃÃes de sulfeto de hidrogÃnio (H2S), para aplicaÃÃo em processos de combustÃo convencionais, pode acarretar em diversos danos aos equipamentos, devido esse gÃs ser bastante corrosivo e, tambÃm, por formar Ãcido sulfÃrico ao reagir com a Ãgua resultante da combustÃo. AlÃm do que, a utilizaÃÃo dos citados combustÃveis sem um tratamento prÃvio pode ocasionar instabilidade da reaÃÃo, inclusive sob risco de apagamento da chama, o que implica na eficiÃncia e nos nÃveis de emissÃo de monÃxido de carbono (CO) e Ãxido de nitrogÃnio (NOx). Portanto, o presente trabalho refere-se ao estudo experimental da aplicaÃÃo de um processo de combustÃo nÃo-convencional, a combustÃo em meios porosos, tambÃm conhecida como combustÃo de filtraÃÃo (CF), para lidar com esses combustÃveis especiais, impossÃvel para os sistemas tÃrmicos conhecidos. O equipamento utilizado nos experimentos à um queimador, preenchido totalmente por esferas de alumina (Al2O3), em que esse meio poroso inerte envolve inclusive os trocadores de calor localizados nas extremidades do queimador. A influÃncia da razÃo de equivalÃncia, velocidade de escoamento e composiÃÃo do gÃs sob o processo à analisada experimentalmente. Os resultados sugerem que, mesmo utilizando uma mistura ar-combustÃvel ultra pobre, a reaÃÃo pode se manter estÃvel, apresentando boa conversÃo do H2S e baixas emissÃes de NOx.

SILVA FILHO, I. M. da. Prodrução de filmes finos de SnO2 pelo método de spray pirólise utilizando um forno à gás natural com combustão de filtração. 2012. 61 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-04-04T19:01:18Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_imsilvafilho.pdf: 1358608 bytes, checksum: b82e8a0cfa6fbe15120c5bd4c87f8677 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-04-04T19:01:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_imsilvafilho.pdf: 1358608 bytes, checksum: b82e8a0cfa6fbe15120c5bd4c87f8677 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-04T19:01:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_imsilvafilho.pdf: 1358608 bytes, checksum: b82e8a0cfa6fbe15120c5bd4c87f8677 (MD5) Previous issue date: 2012 / The tin dioxide (SnO2) as thin film can be produce with high transparency to visible light and good electrical conductivity. The SnO2 thin films have many technological applications in industry, mainly in electronic devices that use preview display, such as devices in research laboratories. One of the most promising applications is its use as a transparent conductive oxide in photovoltaic solar cells. Due to its transparency in the visible spectrum and low resistivity, the films of tin dioxide are used as a constituent component of photovoltaic solar cells. The present work aims to use a heat furnace, which uses combustion in porous media technology for the production of thin films of tin dioxide (SnO2) on glass substrates, using the technique of spray pyrolysis. The furnace used has a chamber where the films of SnO2 are sintered and a pre-chamber, where the precursor solution is applied films on glass substrates. Spray gun was adapted to furnace and coupled to the antechamber for the spraying of the solution of tin on glass substrates. The technique of doping thin films of Fluoride was used in order to reduce the resistance to electrical current. The thin films of SnO2 was characterized by their optical transmittance spectrum and electrical resistance. The structure of films of tin oxide was study by x-ray diffraction and atomic force microscopy. / O dióxido de estanho (SnO2) em forma de filme fino pode ser produzido com grande transparência à luz visível e boa condutividade elétrica. Os filmes finos de SnO2 possuem muitas aplicações tecnológicas na indústria, principalmente em aparelhos eletrônicos que utilizam display de visualização, como em dispositivos em laboratórios de pesquisa. Uma das aplicações mais promissoras é a sua utilização como óxido condutor transparente em células solares fotovoltaicas. Devido as suas características de transparência ótica no espectro visível e baixa resistividade, os filmes finos de dióxidos de estanho são empregados como componente constituinte de células solares fotovoltaicas. A proposta deste trabalho é a utilização de um forno, que utiliza a tecnologia de Combustão em Meios Porosos para fabricação de filmes finos de dióxido de estanho sobre substratos de vidro, utilizando a técnica de spray pirólise. O forno utilizado nesse projeto possui uma câmara, onde os filmes de SnO2 são sinterizados, e uma antecâmara, onde a solução precursora dos filmes é aplicada sobre substratos de vidro. Uma pistola spray foi adaptada ao forno, acoplada a antecâmara, para a aspersão da solução de estanho sobre substratos de vidro. Foi utilizada a técnica de dopagem dos filmes finos com flúor com o intuito de reduzir a resistência à corrente elétrica. Os filmes finos de SnO2 foram caracterizados em relação a transmitância ótica ao espectro visível e em relação a resistência elétrica. Também foram realizadas medidas de difração de raios-X e microscopia de força atômica para a revelação e estudo da estrutura dos filmes de óxido de estanho.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O diÃxido de estanho (SnO2) em forma de filme fino pode ser produzido com grande transparÃncia à luz visÃvel e boa condutividade elÃtrica. Os filmes finos de SnO2 possuem muitas aplicaÃÃes tecnolÃgicas na indÃstria, principalmente em aparelhos eletrÃnicos que utilizam display de visualizaÃÃo, como em dispositivos em laboratÃrios de pesquisa. Uma das aplicaÃÃes mais promissoras à a sua utilizaÃÃo como Ãxido condutor transparente em cÃlulas solares fotovoltaicas. Devido as suas caracterÃsticas de transparÃncia Ãtica no espectro visÃvel e baixa resistividade, os filmes finos de diÃxidos de estanho sÃo empregados como componente constituinte de cÃlulas solares fotovoltaicas. A proposta deste trabalho à a utilizaÃÃo de um forno, que utiliza a tecnologia de CombustÃo em Meios Porosos para fabricaÃÃo de filmes finos de diÃxido de estanho sobre substratos de vidro, utilizando a tÃcnica de spray pirÃlise. O forno utilizado nesse projeto possui uma cÃmara, onde os filmes de SnO2 sÃo sinterizados, e uma antecÃmara, onde a soluÃÃo precursora dos filmes à aplicada sobre substratos de vidro. Uma pistola spray foi adaptada ao forno, acoplada a antecÃmara, para a aspersÃo da soluÃÃo de estanho sobre substratos de vidro. Foi utilizada a tÃcnica de dopagem dos filmes finos com flÃor com o intuito de reduzir a resistÃncia à corrente elÃtrica. Os filmes finos de SnO2 foram caracterizados em relaÃÃo a transmitÃncia Ãtica ao espectro visÃvel e em relaÃÃo a resistÃncia elÃtrica. TambÃm foram realizadas medidas de difraÃÃo de raios-X e microscopia de forÃa atÃmica para a revelaÃÃo e estudo da estrutura dos filmes de Ãxido de estanho. / The tin dioxide (SnO2) as thin film can be produce with high transparency to visible light and good electrical conductivity. The SnO2 thin films have many technological applications in industry, mainly in electronic devices that use preview display, such as devices in research laboratories. One of the most promising applications is its use as a transparent conductive oxide in photovoltaic solar cells. Due to its transparency in the visible spectrum and low resistivity, the films of tin dioxide are used as a constituent component of photovoltaic solar cells. The present work aims to use a heat furnace, which uses combustion in porous media technology for the production of thin films of tin dioxide (SnO2) on glass substrates, using the technique of spray pyrolysis. The furnace used has a chamber where the films of SnO2 are sintered and a pre-chamber, where the precursor solution is applied films on glass substrates. Spray gun was adapted to furnace and coupled to the antechamber for the spraying of the solution of tin on glass substrates. The technique of doping thin films of Fluoride was used in order to reduce the resistance to electrical current. The thin films of SnO2 was characterized by their optical transmittance spectrum and electrical resistance. The structure of films of tin oxide was study by x-ray diffraction and atomic force microscopy.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-13T12:34:27Z No. of bitstreams: 1 weslleydasilvapereira.pdf: 6406997 bytes, checksum: 17a5ee95515b6ad53c2e29db478c6e81 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T17:29:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 weslleydasilvapereira.pdf: 6406997 bytes, checksum: 17a5ee95515b6ad53c2e29db478c6e81 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T17:29:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 weslleydasilvapereira.pdf: 6406997 bytes, checksum: 17a5ee95515b6ad53c2e29db478c6e81 (MD5) Previous issue date: 2015-03-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / É crescente o interesse na utilização de métodos térmicos para recuperação de óleo de média e alta viscosidade. Um desses métodos é a combustão in situ, que consiste na liberação de calor no interior do reservatório através da combustão do ar injetado. As componentes mais pesadas do óleo atuam como combustível para as reações exotérmicas e o calor gerado reduz a viscosidade do óleo, estimulando o fluxo em direção aos poços de produção. Os modelos matemáticos para este método de recuperação em geral são complexos. Portanto, a obtenção de soluções analíticas para tais modelos é inviável, sendo necessária a utilização de simulações computacionais. Diversos trabalhos apresentam estudos analíticos e numéricos de modelos unidimensionais para a combustão em meios porosos. Em trabalhos anteriores, estimativas analíticas para modelos unidimensionais foram obtidas. Neste trabalho, tais estimativas são ligeiramente generalizadas através da inclusão da pressão prevalecente. É proposto um modelo bidimensional para o processo de combustão in situ em meios porosos heterogêneos que considera pressão variável. Soluções numéricas são obtidas utilizando o método de elementos finitos para a discretização espacial, o esquema de diferenças finitas de Crank-Nicolson para discretização no tempo e o método de Newton para resolução das equações não lineares resultantes. Estimativas analíticas para a temperatura e velocidade da onda de combustão são obtidas através de um modelo unidimensional simplificado. Tais estimativas são validadas com sucesso para o modelo geral através das simulações. Uma outra simplificação unidimensional do modelo geral é simulada numericamente através de duas abordagens: a primeira é similar à utilizada para a solução do modelo geral; e a segunda é escrita como um problema de complementaridade. Os problemas de complementaridade não-linear são resolvidos pelo algoritmo FDA-NCP. As duas abordagens numéricas utilizadas são comparadas com uma estimativa analítica para a onda térmica e mostram bons resultados. / There is a growing interest in using thermal methods for the recovery of medium and high viscosity oil. One of these methods is the in-situ combustion, which consists in release heat within the reservoir through combustion of the injected air. The heavier oil components are used as fuel for exothermic reactions and the generated heat reduces the oil viscosity, stimulating the flow towards the production well. In general, the mathematical models for this recovery method are complex. Therefore, the analytical solutions for such models are impossible, requiring numerical simulations. Several works present analytical and numerical studies of one-dimensional models for combustion in porous media. In previous works analytical estimates for one dimensional models were obtained. Here these estimates are slightly generalized by including the prevailing pressure. We propose a two-dimensional model for the in-situ combustion process in heterogeneous porous media, considering variable pressure. Numerical results are obtained using the finite element method for spatial discretization, Crank-Nicolson finite difference scheme for time discretization and Newton’s method for the arising nonlinear equations. Analytical estimates for combustion wave speed and combustion wave temperature are obtained using one-dimensional simplified model. These estimates are successfully validated in the general model through the simulation results. Another one-dimensional simplification of the general model is numerically simulated by two approaches: the first is similar to the one previously described; and the second one is written as a complementarity problem. The arising nonlinear complementarity problems are solved by the FDA-NCP algorithm. Both numerical approaches are compared to the analytical estimate for the thermal wave, showing good agreement.