A rápida evolução do mercado automotivo, em função de maiores restrições sobre as emissões, impulsionou a utilização de várias alternativas para melhorias dos motores diesel, entre elas as mudanças nos seus componentes com o auxílio de ferramentas de modelagem e a utilização de combustíveis alternativos. As características dos combustíveis afetarão a queima e, assim, alteram os resíduos do processo de combustão. Novos combustíveis podem também ser utilizados como uma alternativa para veículos de gerações anteriores com o intuito de reduzir as emissões. Este estudo mostra os efeitos da utilização do Biodiesel B20 e do Biodiesel Amyris em motores de combustão interna. Para isso, foram realizados testes de motores em salas dinamométricas, e seus resultados confrontados e discutidos. Além disso, são abordados os efeitos do combustível no processo da combustão. Esta Dissertação está concentrada, principalmente, na emissão de NOx e de material particulado, que são poluentes mais restritivos perante a Legislação brasileira de emissões CONAMA P7. / The fast evolution of the automotive market, in light of the more restrictive emissions requirements, spurred several alternatives for improvements of diesel engines; among them, changes in the engine components with the aid of modeling tools and use of alternative fuels. The fuel characteristics will affect the combustion and thus combustion process residues. New fuels also can be an alternative for vehicles of previous generations of emissions, aiming of reducing them. This study shows the effects of the B20 biodiesel and Amyris biodiesel in diesel engines. Engine tests were held in dynamometric testing cells and their results were compared and discussed. The effects of the different fuels in the combustion process are also discussed. This work is focused mainly in NOx (nitrogen oxide) and particulate matter emissions, which are more restrictive pollutants regarding the Brazilian emissions legislation CONAMA P7.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O aproveitamento de resÃduos provenientes da extraÃÃo do granito para a produÃÃo de revestimentos cerÃmicos vem sendo proposto como uma alternativa para combater o desperdÃcio de matÃria-prima na indÃstria de rochas ornamentais. Por outro lado, durante a queima de carvÃo mineral em usinas termoelÃtricas, sÃo gerados vÃrios tipos de resÃduos ou subprodutos, chamados de produtos da combustÃo do carvÃo mineral (PCCÂs). Atualmente, tais materiais tÃm sido alvo de estudos, por apresentarem diversas aplicaÃÃes tecnolÃgicas, como na fabricaÃÃo de peÃas cerÃmicas. Este trabalho teve como objetivo analisar a viabilidade tÃcnica da utilizaÃÃo dos resÃduos do granito Asa Branca (RGAB) como matÃria prima, adicionados aos Produtos da CombustÃo do CarvÃo Mineral (PCCâs) como fase reforÃo, na fabricaÃÃo de corpos de prova cerÃmicos. Os materiais utilizados foram granito Asa Branca (RGAB) e os Produtos da CombustÃo do CarvÃo mineral (PCCÂs), nas concentraÃÃes de 0%p, 5%p, 10%p, 15%p, 20%p, 25%p e 30%p de PCCÂs. Para a caracterizaÃÃo das matÃrias primas e das amostras foram utilizadas as tÃcnicas de: DifraÃÃo de Raios-X, FluorescÃncia de Raios-X, Microscopia EletrÃnica de Varredura, AnÃlise termogravimÃtrica e tÃrmica diferencial. Para a determinaÃÃo das propriedades fÃsicas e mecÃnicas foram realizados os ensaios de RetraÃÃo Linear de Queima (RQL); AbsorÃÃo de Ãgua, Porosidade Aparente, Massa EspecÃfica Aparente, Microdureza Vickers e ResistÃncia à compressÃo diametral. Os resultados obtidos permitem concluir que o uso do rejeito do Granito Asa Branca com a adiÃÃo de PCCÂs para a fabricaÃÃo de revestimento cerÃmico à bastante viÃvel. / The use of residues from the extraction of granite for the production of ceramic tiles has been proposed as an alternative to reduce the waste of raw material in the dimension stone industry. Moreover, during the burning of coal in power plants, are generated various kinds of waste or by-product called combustion of coal (CCPÂs.). Currently, such materials have been investigated, by presenting various technological applications, such as in the manufacture of ceramic. This study aimed to investigate the feasibility of using waste granite Asa Branca (RGAB) as raw material, added to the Products of Combustion of Coal (CCPs) as phase reinforcement in the manufacture of ceramic tiles with low water absorption for the construction industry. The materials used were granite Albite granite (GRAB) and the products of combustion of coal (CCP's) in concentrations of 0% wt, 5% wt, 10% wt, 15% wt, 20%wt, 25%wt and 30 wt% of CCP's. For the characterization of raw materials and samples were used techniques: X-ray diffraction, X-Ray Fluorescence, Scanning Electron Microscopy, thermogravimetric and differential thermal analysis. To determine the physical and mechanical properties were performed testing retraction Linear Burn (RQL); Water Absorption, Apparent Porosity, Apparent Density, Microhardness Vickers and resistance diametrical compression. The results showed that the use of waste of Albite granite granite with the addition of CCP's for ceramic tile manufacturing is quite feasible

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Second generation biodiesel fuels extracted from sources such as beef tallow and castor bean oil have gone through an increase in production, as they are being gradually added to soybean biodiesel which constitutes the primary biofuel in the country. These alternative materials have potential do increase the fuelâs oxidation stability and, specifically in the case of beef tallow, reduce the cost of producing biodiesel. However, these sources also contribute to making the properties of the biodiesel/diesel blend more distant from those of conventional diesel fuel. Beef tallow biodiesel, for example, has a cetane number of 64.70, compared to 46.44 the soybean and 48 for mineral diesel fuel. In the case of castor bean biodiesel, its viscosity is 14.5 cSt, while soybeanâs is 4.2 cSt and mineral dieselâs is 2.5. It is expected that these unique characteristics should have noteworthy consequences in the injection, tomization and combustion processes of the fuel. This work intends to determine the extent of these consequences by characterizing each second generation biodiesel fuelâs impact on the apparent heat release rate. To this end, experimental data on cylinder pressure and a heat release â or energy - analysis model on a combustion zone were utilized. The data were obtained from a medium sized turbo diesel engine operating at steady state for three different load levels. Biodiesel and diesel blends were prepared at concentration levels B10, representative of current commercial use, and B20, corresponding to a greater biofuel adoption in a future scenario. Second generation sources were also compared to data from soybean biodiesel, which forms around 75% of Brazilâs biodiesel production. At B20 concentrations, it was found that beef tallow biodiesel, due to its higher cetane number, hastened combustion by about 1◦ compared to soybean and 3◦ compared to mineral diesel. This anticipation in ignition also caused a reduction in the amount of fuel consumed as a premixed flame. Combustion of castor bean biodiesel was mostly unchanged for high and medium loads compared to mineral diesel fuel. However, on the low load configuration (BMEP = 250kPa) and at B20 concentration, it caused a significant delay in combustion, likely from the collision of the fuel jet against the cylinder wall. / Os biodieseis de segunda geraÃÃo oriundos de fontes, tais como o sebo bovino e a mamona, vÃm experimentando uma expansÃo em sua produÃÃo, sendo adicionados gradualmente ao biodiesel de soja, que constitui a matÃria-prima predominante no paÃs. Essas matÃrias-primas alternativas podem aumentar a estabilidade à oxidaÃÃo do combustÃvel e, no caso do sebo, diminuir o custo de produÃÃo do biodiesel. Contudo, elas tambÃm contribuem para um maior distanciamento entre as propriedades das misturas diesel/biodiesel e o Ãleo diesel convencional. O biodiesel proveniente do sebo bovino, por exemplo, possui um nÃmero de cetano de 68,77 frente aos 52,10 do de soja e 48 do Ãleo diesel mineral. Jà o biodiesel de mamona possui viscosidade de 14,5 cSt, frente aos 4,16 do de soja e 2,5 do Ãleo diesel mineral. Espera-se que essas caracterÃsticas singulares tenham consequÃncias importantes nos processos de injeÃÃo, atomizaÃÃo e queima do combustÃvel. O objetivo deste trabalho à determinar a extensÃo dessas consequÃncias, caracterizando-se o impacto de cada um desses biodieseis de segunda geraÃÃo sobre a taxa aparente de liberaÃÃo de energia. Empregou-se, para tanto, dados experimentais de pressÃo no cilindro e um modelo de anÃlise de liberaÃÃo de calor, ou de energia, com uma zona de combustÃo. Os dados foram obtidos com um motor diesel turbo de mÃdio porte operando em condiÃÃes de regime permanente e a trÃs nÃveis de carga. Preparou-se misturas entre diesel e biodiesel nas concentraÃÃes B10, representativas do patamar atual de adiÃÃo de biodiesel ao diesel mineral, e B20, que corresponderiam à maior adoÃÃo de biocombustÃveis em um cenÃrio futuro. As matÃrias-primas de segunda geraÃÃo, sebo bovino e mamona, tambÃm foram comparadas a dados obtidos com o biodiesel de Ãleo de soja, que corresponde a cerca de 75% a atual produÃÃo brasileira de biodiesel. Para as misturas B20, constatou-se que o biodiesel de sebo bovino, por ter maior nÃmero de cetano, adianta a combustÃo em cerca de 1◦ com relaÃÃo ao de soja e 3◦ com relaÃÃo ao diesel mineral. Devido a este adiantamento da igniÃÃo, o biodiesel de sebo bovino tambÃm reduziu a quantidade de combustÃvel consumido pelo modo prÃ-misturado. A combustÃo das misturas contendo biodiesel de mamona ficou praticamente inalterada para as condiÃÃes de alta e mÃdia carga com relaÃÃo ao Ãleo diesel mineral. Contudo, em baixa carga (bmep=250 kPa) e na concentraÃÃo correspondente a B10 e B20, o biodiesel de mamona provocou um atraso expressivo na combustÃo, provavelmente devido à colisÃo do jato combustÃvel com as paredes do pistÃo.

O avanço no estudo da simulação numérica somado ao crescimento da capacidade computacional tem possibilitado a solução numérica de problemas de engenharia cada vez mais complexos. Modelos numéricos mais acurados e robustos têm sido desenvolvidos, aproximando os resultados numéricos dos experimentais. Neste caminho, o presente trabalho tem como objetivo a análise numérica comparada a dados experimentais de ondas de pressão na admissão de ar de um motor de combustão interna, se utilizando do método dos volumes finitos. Para isso, utilizou-se a pressão colhida experimentalmente na porta da válvula como condição de contorno e obteve-se a pressão nos pontos de monitoramento ao longo do domínio. Esta situação física trouxe diversos problemas a serem solucionados ao longo da história, sendo então resolvido no presente trabalho se utilizando do esquema de Runge-Kutta para integração explícita no tempo fictício e do esquema Three-Point Backward Difference (BDF2) para integração implícita no tempo físico. Isto é, se utiliza do Dual Time-Stepping (DTS) na integração temporal, pois usa a matriz de pré-condicionamento para condicionar a solução do problema para escoamentos compressíveis e incompressíveis em todas as velocidades, e esta matriz deteriora a acuracidade temporal que é devolvida pelo DTS. O tratamento dos fluxos invíscidos foi baseado no método da separação dos fluxos de Roe, através do pacote computacional Star CCM+. Percebeu-se que o método se encaixa muito bem na situação estudada, modelando o comportamento físico realisticamente. A velocidade de propagação das ondas de pressão e suas amplitudes são muito próximas dos valores experimentais, tendo os gráficos de seu comportamento em todos os pontos de monitoramento, boa concordância com os gráficos gerados experimentalmente. / The advance in the field of numerical simulation added to the growth of computational capability has enabled the numerical solution of engineering problems become more and more complex. More accurate and robust numerical models have been developed, approximating the numerical and experimental results. In this way, this work aims at the numerical analysis compared to experimental data of pressure waves in the air intake of an internal combustion engine, using the Finite Volumes Method. The pressure is experimentally measured in the valve port and inserted as a boundary condition to obtain the pressure in the monitoring points along the domain. This physical situation has brought many problems to be solved throughout history. The present work applied the Runge-Kutta explicit integration in pseudo-time and Three-Point Backward Difference (BDF2) for implicit integration in physical-time. It is used the Dual-Time Stepping (DTS) for temporal integration, and the preconditioning for incompressible and compressible flows at all speeds deteriorates the temporal accuracy which is returned by DTS. The treatment of inviscid flows was based on the Flux Difference Splitting scheme of Roe, through the computational package Star CCM+. The method fits very well the situation under study, modeling the physical behavior realistically. The speed of propagation of pressure waves and their amplitudes are very close to the experimental values, and the graphs of their behavior present at all monitoring points, good agreement with the experimentally generated graphics.

Este trabalho analisa os efeitos da transferência de calor por radiação térmica em uma chama laminar resultante da combustão de metano com ar. No processo, são resolvidas as equações da continuidade, da quantidade de movimento, da conservação das espécies químicas e da energia. Ainda é utilizado um modelo de formação de fuligem a duas equações e o modelo de combustão de Arrhenius considerando um mecanismo com 112 reações químicas. Para avaliar os efeitos da radiação térmica, o divergente do fluxo radiante é calculado considerando quatro modelos diferentes para os gases: o modelo do gás cinza, a soma ponderada de gases cinzas, e os métodos SLW e CW. Nessa modelagem, é considerado um meio participante composto por monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor d’água e fuligem. No modelo do gás cinza e da soma ponderada de gases cinzas, o coeficiente de absorção da mistura é obtido por correlações que consideram a temperatura local e a concentração do meio. Nos modelos SLW e CW, o coeficiente de absorção é calculado baseado no banco de dados HITEMP. Assim, primeiramente os resultados do divergente do fluxo radiante são confrontados com os diferentes modelos considerando campos pré-estabelecidos de temperatura e concentrações da mistura de gases com a presença de fuligem e, em seguida, é feita uma análise da influência da radiação considerando uma chama difusa oriunda do processo de combustão de metano com ar. Apesar de o meio analisado ser opticamente fino, situação em que os efeitos da absorção são muito baixos, os resultados encontrados para o divergente do fluxo radiante com os modelos de radiação usados na pesquisa mostraram uma diferença média de aproximadamente 20% entre os modelos, chegando a uma diferença máxima local de mais de 50% quando foi considerado o modelo WSGG. Por outro lado, nas situações em que é considerado todo o processo de combustão, a diferença maior ocorre na comparação de casos em que a radiação térmica é negligenciada com os casos em que a radiação é considerada. Os efeitos causados entre os diferentes modelos de radiação no campo de temperaturas e concentrações dos gases foram pequenos. Assim, é observado que, mesmo em meios opticamente finos, a modelagem da radiação térmica é necessária, pois causa diferenças significativas nos resultados e que nesse tipo de meio não é necessário o uso de modelos mais sofisticados de radiação, pois os efeitos da absorção dos gases é muito pequeno. / This work analyses the effects of thermal radiation heat transfer on methane-air laminar diffusion flames. The analysis is based on the solution of the equations of continuity, fluid motion, species mass-fraction and enthalpy. The soot formation is accounted with a twoequation model while a chemistry mecanism with 112 reactions is used for the combustion of methane. To evaluate the effects of thermal radiation, the divergence of the radiative heat flux is calculated based on four different gas models: the gray gas, the weighted sum of gray gases, the SLW and the CW model. In the modeling, it is considered a participating media composed of carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and soot. Both in the gray gas model and in the weighted sum of gray gases model, the absorption coefficient of the mixture is obtained by correlations that depend on the local temperature and concentration of the medium. On the other hand, in the SLW and CW models, the absorption coefficient is calculated based on the HITEMP spectral database. Thus, the results of the divergence of the radiative heat flux are compared with the different gas models based on a temperature and concentration fields previously obtained, and then, the four gas models used are considered in the entire combustion process to verify the influence of the radiation heat transfer. The results obtained for the divergence of the radiative heat flux considering the four different radiation models used showed an avereged difference of 20%, with a maximum local difference of more than 50%, when the WSGG model was considered. On the other hand, in situations where the whole combustion process is considered, the major difference occurs when is compared the results obtained with a radiation model and the ones where it is neglected. The effects observed with the different radiation models in the temperature field and the gas concentrations were small. Thus is observed that, even in optically thin media, the thermal radiation gas modeling is necessary, and in this particular kind of media, the use of sofisticated gas models are not necessary, because the absorption effect fo the gases are small when compared with their emission.

O interesse no desenvolvimento de sistemas eficientes de combustão para reduzir a poluição ambiental e aumentar a eficiência de queima tem chamado a atenção para a combustão em meios porosos inertes. A recirculação de calor, induzida pela matriz sólida a partir dos produtos quentes para os reagentes frios, aumenta a temperatura da chama melhorando a sua estabilidade e permitindo a utilização de combustíveis com baixo poder calorífico. Um estudo teórico recente mostra que uma chama estabilizada por um plano de estagnação imersa em um meio poroso pode, sob certas condições, estender os limites de inflamabilidade de uma mistura de ar e combustível. Por outro lado, o plano de estagnação é um problema que simula o efeito da taxa de deformação do escoamento sobre a estabilidade da chama, o que é relevante para várias configurações de queimador poroso. Portanto, o foco deste trabalho é o estudo da combustão em um queimador poroso com um plano de estagnação. Um experimento é conduzido com empacotamento de esferas, onde uma chama pode ser estabilizada por plano de estagnação devido a um anteparo. A razão de equivalência e a taxa de deformação são controladas pelos fluxos de ar e de combustível e da distância entre injetor e anteparo. A posição da chama é aproximadamente determinada pelo campo de temperaturas medidas por termopares. Complementarmente é realizada uma análise numérica simplificada do problema na qual se pode verificar o efeito da taxa de deformação sobre a estabilidade de chamas em queimadores porosos. Os resultados mostram que é possível estabilizar chamas no interior do meio poroso com plano de estagnação, porém, não foi possível atribuir um aumento de temperatura devido ao aumento da taxa de deformação. / The interest in developing efficient combustion systems to reduce environmental pollution and increase the burning efficiency has called attention to the combustion in inert porous media. The heat recirculation, induced by the solid matrix, from the hot products to the incoming cold reactants, increases the flame temperature and improves its stability, allowing for the use of fuels with low heat content. A recent study shows theoretically that a flame stabilized by a stagnation plane immersed in a porous medium may, under certain conditions, to extend the flammability limits of a mixture of fuel and air. On the other hand, the stagnation plane imposes a certain strain rate on the flow field, which is relevant to various porous burner configurations. Therefore, the focus of this work is the study of combustion in a porous burner with a stagnation plane. An experiment is conducted with packing bed of spheres where a flame can be stabilized against a stagnation plane. The equivalence ratio and the strain rate are controlled by the flows of air and fuel and the distance between the injector and the stagnation plane. The flame position is approximately determined by the temperature field measured by thermocouples. In addition, it is performed a simplified numerical analysis of the problem in which one can see the effect of the strain rate on the stability of flames in porous burners. The results show that it is possible to stabilize flames within the porous medium with stagnation plane, however, it has not been possible to assign a temperature increase due to the increased strain rate.

Materiais nanoestruturados são caracterizados por terem tamanho de cristalito inferior a 100 nm e apresentarem propriedades diferenciadas em relação aos materiais convencionais. A intensificação da nanotecnologia como uma área de pesquisa vem gerando grandes expectativas na ciência de materiais, tendo em vista a vasta gama de novas propriedades físicas e químicas e as potencialidades tecnológicas decorrentes dos materiais nanoestruturados. O óxido de zinco (ZnO) encontra importantes aplicações tecnológicas em borrachas e tintas industriais. As propriedades químicas e microestruturais desse óxido, por sua vez, dependem do método de síntese empregado. Este trabalho teve como objetivo principal a síntese de óxido de zinco nanoestruturado através do método de combustão em solução e sua caracterização quanto às suas características microestruturais e atividade fotocatalítica. Como combustível utilizou-se o ácido cítrico. Para tanto, foram definidas as razões combustível/oxidante a partir de cálculo termodinâmico.Os produtos da reação de síntese foram caracterizados por difração de raios X (fases cristalinas presentes e tamanho de cristalito por single line), por microscopia eletrônica de varredura (análise morfológica), pelo método Branauer, Emmet e Teller - BET (área superficial), por análises térmicas (perda de massa e endo- ou exotermia sob aquecimento), por análise granulométrica (diâmetro médio do grão);Os resultados obtidos indicam que é possível obter ZnO nanoestruturado via síntese por combustão em solução utilizando ácido cítrico como combustível nas razões combustível/oxidante investigadas. Os produtos da síntese apresentaram características microestruturais e atividade fotocatalítica diferentes em função da quantidade de combustível utilizado no processo de combustão. Verificou-se a discordância do efeito da razão combustível/oxidante observado com o que é relatado na literatura para determinadas características dos produtos de reação.O tratamento térmico dos produtos da síntese influenciou diretamente na atividade catalítica de algumas amostras, conferindo-lhe aumento da cristalinidade. / Nanostructured materials are characterized by a crystallite size below 100 nm and display different properties compared to conventional materials. The intensification of nanotechnology as a research area has generated great expectations in materials science, taking into account the wide range of new physical and chemical properties and technological potential of the resulting nanostructured materials. Zinc oxide has important technological applications in rubber and industrial paints. The chemical properties and microstructure of ZnO powder depends on the synthesis method employed. This work aimed to the synthesis of nanostructured zinc oxide by combustion method and their mircrosctrucutural characterization and photocatalytic activity. As fuel was used the citric acid. To do so, the reasons were defined fuel / oxidizer from thermodynamic calculation.The products of the reaction of synthesis were characterized by diffraction of rays-X (present crystalline phases and size of cristallite by single line), by electronic microscopy of scan (morphological analysis), by the approach Branauer, Emmet and Teller - BET (superficial area), by thermal analyses (weight loss and endo- or exotermia under heating), by granulometric analysis (medium diameter of the grain). The results obtained indicate that is possible obtain ZnO nanostructured by synthesis Combustion in solution utilizing citric acid as fuel in the reasons fuel/oxidized investigated.The products of the synthesis presented characteristics microstructured and activity photocatalytic different in function of the quantity of fuel utilized in the porcedure of combustion. There was the disagreement of the effect of the reason fuel/oxidant observed with what is related in the literature for determined characteristics of the products of reaction.The thermal treatment of the synthesis directly influenced in the catalytic activity of some samples, giving it increased crystallinity.

Os processos de conversão de energia tendem a considerar cada vez mais restrições econômicas e ambientais, tornando-se necessário o entendimento da interação entre combustão e turbulência. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de soluções analíticas para a fração de mistura de uma chama difusiva, sob forma de um jato turbulento axissimétrico. Foi desenvolvida, também, uma metodologia analíticonumérica para a determinação das frações mássicas dos componentes, considerando uma reação de combustão de dois passos. Os resultados foram comparados com dados experimentais encontrados na literatura para uma chama de hidrogênio H2=N2 (50/50% em volume). De modo geral, os resultados obtidos foram satisfatórios frente aos dados experimentais, sendo a principal limitação o fato das expressões analíticas obtidas não serem capazes de representar o jato próximo à saída do bocal, sendo válidas a partir de, aproximadamente, x=d > 10, onde x é a coordenada ao longo do comprimento do jato. A principal vantagem do método empregado neste trabalho é a diminuição da complexidade do sistema de equações a ser resolvido numericamente. / The energy conversion processes tend to consider even more economical and environmental constraints, making it necessary to understand the interaction between combustion and turbulence. This study aims at the development of analytical solutions for the mixture fraction of a diffusive flame in the form of an axisymmetric turbulent jet. It was also considered an analytical-numerical approach for the determination of the mass fractions of the compounds, for a two-step reaction. The results were compared with data found in literature for a hydrogen flame H2=N2 (50/50 % by volume). Overall, the results were satisfactory when compared with the experimental data, however the principal limitation was the fact that the analytical expressions were not able to represent the jet near the nozzle exit, being the solution valid from, approximately, x=d > 10, where x is the coordinate along the jet length. The main advantage of the method employed in this work is the decrease in the complexity of the equations system to be solved numerically.

O estudo de parâmetros cinéticos para a queima de carvão se dá através de utilização de equipamentos laboratoriais como o forno de queda livre (DTF). O presente trabalho trata do desenvolvimento e análise de um modelo numérico unidimensional de um DTF. A modelagem é realizada a partir de dados da literatura, e as equações discretizadas que caracterizam os fenômenos do escoamento, da transferência de calor e da combustão do carvão foram programadas na linguagem FORTRAN 90. Os resultados são comparados com um modelo de referência e com dados experimentais, e apresentaram boa concordância. Um estudo de sensibilidade é realizado para entender o comportamento da queima de carvão frente a mudanças de alguns parâmetros de operação do DTF. A análise de sensibilidade mostrou a versatilidade do modelo e, consequentemente, do experimento. A partir da variação da concentração de O2, da temperatura de operação e das vazões de entrada pode-se obter uma gama de resultados. O uso do modelo aqui apresentado concomitante com resultados experimentais resulta em um estudo aprofundado dos parâmetros cinéticos de combustão de carvão. / The study of kinetic parameters for coal combustion occurs through use of laboratory equipment such as drop tube furnace (DTF). The present work shows the development and analysis of a one-dimensional numerical model of a DTF. The modeling is developed from literature works, and the discrete equations that characterize the flow, heat transfer and coal combustion are programmed in FORTRAN 90 language. The results are compared with a reference model and experimental data, and showed good agreement. A sensitivity study is performed to understand the behavior of coal combustion due to changes of some working parameters of the DTF. The sensitivity analysis showed the versatility of the model and thereby the experiment. From the variation of the O2 concentration, operating temperature and input flow rates a range of results can be obtained. Using the model presented here together with experimental results leads to a detailed study of the kinetic parameters of coal combustion.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de espinélio MgAl2O4, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o cálculo termodinâmico das reações envolvidas e a influência da razão combustível-oxidante no tamanho de cristalito. A síntese de espinélio MgAl2O4 por combustão foi realizada a partir do trio precursor químico sacarose, nitrato de alumínio e nitrato de magnésio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito do pó, deformação de rede e área superficial. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases amorfas de MgAl2O4 para o pó como-sintetizado. A fase cristalina somente foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. O cálculo termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de agregação. Para a caracterização do pó utilizaram-se técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial, análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 21,57 nm, e deformação média calculada de 1,99 x 10-³ nm. Por análise granulométrica constatou-se um tamanho de aglomerado médio de 27,27 µm, com distribuição trimodal. As análises por MEV e MET confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular e do tamanho nanométrico dos cristalitos. / The goals of the dissertation were to investigate and develop the solution combustion synthesis technique in order to obtain nanocrystalline spinel MgAl2O4 powders and characterize them by different techniques. This study has also included thermodynamic calculation for reactions, which have been investigated and the influence of fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The combustion synthesis of MgAl2O4 spinel was performed by a trio of chemical precursor sucrose, aluminum nitrate and magnesium nitrate in water, for different fuel-to-oxidant ratios, flame temperatures and total mol number of gases, correlating these parameters with crystallite size, strain, surface area and total porosity. The chemical reactions of solution combustion resulted on amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C. The thermodynamic calculation of the combustion reaction of the combustion reaction shows that as fuel-to-oxidant ratio increases the amount of gas produced and adiabatic flame temperature also increases. Powder characteristics as morphology, crystallite size, surface area and aggregation degree are mainly governed by the flame temperature and generation of gases. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 21.57 nm and the mean strain calculated was 1.99 x 10-³ nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 27.27 µm. TEM and SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.