Diversos equipamentos industriais utilizam processos de combustão com sprays. As principais vantagens deste processo estão relacionadas ao aumento do controle da chama e à maior segurança na logística do combustível líquido. Atualmente, o interesse na utilização de bio-combustíveis como alternativa para a redução na emissão de dióxido de carbono é crescente. Entre os tipos de bio-combustíveis o etanol se destaca por ser utilizado em vários países misturado à gasolina no setor de transportes. Partindo deste panorama, o presente trabalho apresenta a modelagem e simulação de uma chama turbulenta de spray de etanol. Os resultados das simulações realizadas são comparados com dados experimentais da literatura. O modelo resultante baseia-se no método dos volumes finitos para escoamentos com baixo número de Mach e em regime permanente. O spray foi calculado com a aproximação de escoamentos separados com uma formulação Euler-Lagrange, em que a fase dispersante é modelada com a abordagem Euleriana, enquanto que a fase dispersa é modelada com a abordagem Lagrangeana. As duas fases foram completamente acopladas nos dois sentidos. O modelo de turbulência k- Padrão foi utilizado na fase dispersante. A evaporação de gotículas foi considerada, em que o modelo de condutividade infinita foi utilizado para a fase líquida. Dessa forma, a distribuição de temperaturas no interior da gotícula é uniforme, porém varia conforme ela se move no spray. Para reproduzir os efeitos do resfriamento evaporativo, a combustão foi modelada com um modelo de folha de chama modificado que considerou uma função joint -PDF de fração de mistura e entalpia. Transferências de calor por radiação foram negligenciadas neste trabalho. Aproximações razoáveis foram obtidas entre os perfis medidos e calculados de temperatura média da fase gasosa e de distribuições de tamanhos de gotículas. Algumas discrepâncias foram observadas nas comparações entre os perfis do componente axial de velocidade média da fase gasosa, que foram atribuídas à difusão superestimada das quantidades médias transportadas pela fase gasosa nas simulações. / Several industrial equipments use combustion processes with sprays. The main advantages of this process are related to the increase in the flame control and in the safety of liquid fuel logistics. Currently, the interest on the utilization of biofuels as an alternative to the reduction of carbon dioxide emissions is increasing. Among the types of biofuels the ethanol stands out by being used blended with gasoline in the transport sector of several countries. From this overview, this work presents the modeling and simulation of an ethanol turbulent spray flame. The results of the simulations were compared with experimental data from the literature. The resulting model was based on the finite volume method for low Mach number and steady state flows. The spray was calculated using the Separated Flow method (SF) with an Euler-Lagrange model, where the gaseous phase was described by an Eulerian model and the liquid phase by a Lagrangian particle method. Both phases were fully coupled in order to account for shared effects. The turbulence model k- Standard was used to determine the dispersant phase. Evaporation of droplets was calculated with the assumption of the infinite-liquid-conductivity model, where the droplet inner temperature is uniform, but varies with the mass and heat transfer within the dispersant phase. To reproduce the effects of the evaporative cooling the combustion was modeled with a modified flamesheet model which regarded a jointed mixture fraction-enthalpy -PDF. Radiactive heat transfer was not accounted for in this work. Reasonable agreement between measured and computed mean profiles of temperature of the gas phase and droplet size distributions was achieved. Some deviations were observed in the mean velocity profiles comparisons between experimental data and simulations, which were assigned to the over predicted diffusion of the mean quantities transported by the gas phase.

Diversos equipamentos industriais utilizam processos de combustão com sprays. As principais vantagens deste processo estão relacionadas ao aumento do controle da chama e à maior segurança na logística do combustível líquido. Atualmente, o interesse na utilização de bio-combustíveis como alternativa para a redução na emissão de dióxido de carbono é crescente. Entre os tipos de bio-combustíveis o etanol se destaca por ser utilizado em vários países misturado à gasolina no setor de transportes. Partindo deste panorama, o presente trabalho apresenta a modelagem e simulação de uma chama turbulenta de spray de etanol. Os resultados das simulações realizadas são comparados com dados experimentais da literatura. O modelo resultante baseia-se no método dos volumes finitos para escoamentos com baixo número de Mach e em regime permanente. O spray foi calculado com a aproximação de escoamentos separados com uma formulação Euler-Lagrange, em que a fase dispersante é modelada com a abordagem Euleriana, enquanto que a fase dispersa é modelada com a abordagem Lagrangeana. As duas fases foram completamente acopladas nos dois sentidos. O modelo de turbulência k- Padrão foi utilizado na fase dispersante. A evaporação de gotículas foi considerada, em que o modelo de condutividade infinita foi utilizado para a fase líquida. Dessa forma, a distribuição de temperaturas no interior da gotícula é uniforme, porém varia conforme ela se move no spray. Para reproduzir os efeitos do resfriamento evaporativo, a combustão foi modelada com um modelo de folha de chama modificado que considerou uma função joint -PDF de fração de mistura e entalpia. Transferências de calor por radiação foram negligenciadas neste trabalho. Aproximações razoáveis foram obtidas entre os perfis medidos e calculados de temperatura média da fase gasosa e de distribuições de tamanhos de gotículas. Algumas discrepâncias foram observadas nas comparações entre os perfis do componente axial de velocidade média da fase gasosa, que foram atribuídas à difusão superestimada das quantidades médias transportadas pela fase gasosa nas simulações. / Several industrial equipments use combustion processes with sprays. The main advantages of this process are related to the increase in the flame control and in the safety of liquid fuel logistics. Currently, the interest on the utilization of biofuels as an alternative to the reduction of carbon dioxide emissions is increasing. Among the types of biofuels the ethanol stands out by being used blended with gasoline in the transport sector of several countries. From this overview, this work presents the modeling and simulation of an ethanol turbulent spray flame. The results of the simulations were compared with experimental data from the literature. The resulting model was based on the finite volume method for low Mach number and steady state flows. The spray was calculated using the Separated Flow method (SF) with an Euler-Lagrange model, where the gaseous phase was described by an Eulerian model and the liquid phase by a Lagrangian particle method. Both phases were fully coupled in order to account for shared effects. The turbulence model k- Standard was used to determine the dispersant phase. Evaporation of droplets was calculated with the assumption of the infinite-liquid-conductivity model, where the droplet inner temperature is uniform, but varies with the mass and heat transfer within the dispersant phase. To reproduce the effects of the evaporative cooling the combustion was modeled with a modified flamesheet model which regarded a jointed mixture fraction-enthalpy -PDF. Radiactive heat transfer was not accounted for in this work. Reasonable agreement between measured and computed mean profiles of temperature of the gas phase and droplet size distributions was achieved. Some deviations were observed in the mean velocity profiles comparisons between experimental data and simulations, which were assigned to the over predicted diffusion of the mean quantities transported by the gas phase.

O aproveitamento da energia luminosa por bactérias que produzem hidrogenases poderia aumentar a eficiência do processo de produção de biohidrogênio. Neste trabalho, foi realizada a clonagem do gene que codifica a proteorrodopsina (PR) do isolado metagenômico SAR86 num plasmídeo de expressão para bactérias Gram-negativas. PR é uma proteína ligada ao cromóforo retinal, que, sob iluminação, promove o efluxo de prótons através da membrana celular. O excesso de prótons na face externa da membrana pode servir como substrato para a hidrogenase, resultando em maior eficiência na produção de hidrogênio (2H+ + 2e→ H2). O plasmídeo contendo o gene da PR foi utilizado na transformação genética das bactérias Cupriavidus necator e Escherichia coli, que produzem diversas hidrogenases. Enquanto a PR não se mostrou funcional em C. necator, na linhagem recombinante de E. coli, cultivada em presença de luz e retinal, foi obtido um aumento de até 2,17 vezes na produção de H2 em relação ao cultivo no escuro, desde que a linhagem estivesse produzindo a hidrogenase endógena HYD-4. / The utilization of light energy by hydrogenase producing bacteria could increase the efficiency of the biohydrogen production process. In the present work, the gene coding for proteorhodopsin (PR) of the SAR86 metagenomic lineage was cloned in an expression plasmid for Gram-negative bacteria. PR is an apoprotein linked to the chromophore retinal, which, upon illumination, promotes proton efflux across the cell membrane. The excess of protons on the plasma membrane surface may serve as a substrate for hydrogenases, resulting in a higher efficiency of hydrogen production (2H+ + 2e→ H2). The plasmid containing the PR gene was used to transform the Gram-negative bacteria Cupriavidus necator and Escherichia coli which produce several hydrogenases. Whereas PR did not display functionality in C. necator, in the recombinant E. coli cells, grown under illumination in the presence of retinal, an enhancement up to 2.17 fold in H2 production was found, relative to cells grown under darkness, provided that the cells were expressing the endogenous HYD-4 hydrogenase.

O etanol (álcool etílico) tem sido cada vez mais estudado e testado como combustível alternativo para substituição do uso de alguns derivados de petróleo em motores de combustão interna. O presente trabalho procura abordar o emprego do etanol na forma vaporizada em motores do ciclo Otto, objetivando a obtenção de melhores níveis de rendimento térmico total. Deste modo, um motor para teste de octanagem (motor CFR) foi equipado com um vaporizador de álcool instalado no coletor de escapamento, e após uma série de ensaios, várias análises puderam ser feitas. Essas considerações procuraram se ater a aspectos como rendimento térmico, relação ar/combustível, ângulo de avanço da centelha, temperatura de escape, assim como potência e eficiência volumétrica, levando em conta, sempre, a sua influência no funcionamento geral do motor. Ficou constatado que o motor movido a etanol vaporizado apresenta rendimento consideravelmente maior, menor consumo de combustível e funcionamento mais suave que aqueles verificados quando o mesmo motor e alimentado com álcool líquido. / The ethanol (ethyl alcohol) has been studied more and more as alternative fuel to replace some petroleum derivatives for internal combustion engines. The attached study examines the application of vaporized ethanol for Otto cycle engines, searching for better levels of total thermal efficiency. Therefore, an engine for test of octane number (CFR motor) was equipped with an alcohol vaporizer installed inside the escape pipe, and after many experiences, several analysis were made. The various analysis included aspects as thermal efficiency, air/fuel ratio, advance ignition, escape temperature, power and volumetric efficiency, always considering their influence on the operation of the engine. It was confirmed that the engine moved by vaporized ethanol presents higher thermal efficiency, smaller fuel consumption and smoother working than in case of alimentation by liquid alcohol.

O álcool etílico ou etanol vem se tornando, neste novo século, uma importante referência para estudos e aplicações que procuram um combustível alternativo ao uso de derivados de petróleo em motores de combustão interna. Neste trabalho, o uso do etanol vaporizado pelos gases de escape em motores do ciclo Otto busca a obtenção de melhores níveis de rendimento térmico e emissões de poluentes. Assim sendo, um motor de 1.0 litro foi montado em laboratório com um trocador de calor instalado ao lado do coletor de escapamento, e uma série de testes foram feitos, possibilitando uma cuidadosa análise quanto a rendimento térmico, relação ar/álcool, ângulo de avanço da centelha, temperatura de escape e gases de emissão, entre outros aspectos. Conclui-se que o motor a álcool vaporizado, em certos regimes de funcionamento, apresenta rendimento maior e emissões menores que aqueles verificados no motor a álcool líquido. / The ethyl alcohol or ethanol is becoming, in this new century, an important reference for studies and applications that search for an alternative fuel to be used in internal combustion engines, replacing oil derivatives. In this study, an Otto cycle engine is fueled with ethanol vaporized by the exhaust gases, aiming for better levels of thermal efficiency and exhaust emissions. Therefore, a 1.0 liter engine with a heat exchanger connected to the exhaust manifold was prepared in a test bench, and several tests were made, which allowed a criterious analysis about air/alcohol ratio, spark ignition time, exhaust temperature and exhaust emissions, and others. It was concluded that the engine fueled with vaporized alcohol presents, in some operation points, higher thermal efficiency and less emissions compared to the case of engine fueled with liquid alcohol.

Submitted by Marcio Emanuel Paixão Santos (marcio.santos@ucsal.br) on 2018-06-21T00:00:54Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOMARCELOALMEIDASENHORINHO.pdf: 3543675 bytes, checksum: 6ec4b65652c6855733acac72c2e8a3be (MD5) / Approved for entry into archive by Linda Bulhosa (linda.gomes@ucsal.br) on 2018-06-21T19:18:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOMARCELOALMEIDASENHORINHO.pdf: 3543675 bytes, checksum: 6ec4b65652c6855733acac72c2e8a3be (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T19:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOMARCELOALMEIDASENHORINHO.pdf: 3543675 bytes, checksum: 6ec4b65652c6855733acac72c2e8a3be (MD5) Previous issue date: 2009-11-30 / O presente estudo trata das diversas interações existentes entre o Baixo Sul do Estado da Bahia, sua população, seus remanescentes de Mata Atlântica e os impactos advindos da expansão das áreas da cultura do dendê existentes, com vistas à produção de biodiesel. Esta expansão vem sendo estimulada, por Programas e Projetos, frutos de uma Política Pública de Governo, que se propõem a alterar a matriz energética vigente baseada em combustíveis fósseis não renováveis, por biocombustíveis mais limpos e renováveis, principalmente de origem agrícola. O Brasil sempre foi reconhecido por sua natural vocação agrícola, o que o coloca em uma posição estrategicamente importante nesta nova realidade que se afigura. São inegáveis as vantagens apresentadas pelos biocombustiveis, ainda mais em um ambiente cada dia mais afetado pelas mudanças climáticas e uma sociedade cada dia mais preocupada com o aquecimento global e as suas consequências. Não se sabe quando, mas as reservas mundiais de petróleo um dia se esgotarão e substitutos deverão ser viabilizados. Dentre as opções existentes, os biocombustiveis aparecem como uma das alternativas viáveis, mas o que pouco se discute são os impactos gerados por uma expansão indiscriminada das áreas de cultivo e os efeitos sobre as matas nativas, as outras culturas existentes, as populações e seu modo de vida. Pôde-se constatar que as políticas públicas de incentivo à produção de biodiesel constituem-se em um fator positivo de desenvolvimento regional, ainda mais em um país em desenvolvimento como o nosso, mas que salvaguardas devem ser adotadas buscando modelos que conciliem desenvolvimento socioeconômico com conservação ambiental. / The present study discusses several interactions among the “Baixo Sul” of the State of Bahia, its population, its Atlantic Forest remnants and the probable impacts resulting from the expansion of the areas of palm oil plantations, for biodiesel production. This expansion is stimulated by Government Programs and Projects that aim at the alteration of the energetic matrix in use, based on fuels fossils by a cleaner one based on renewable fuel, especially, coming from agriculture. Brazil was always recognized by his natural agricultural vocation, which puts it in a strategically important position in this new world order. The advantages presented by the biofuels are undeniable, even in an environment more affected by climate change and a society more preoccupied with global warming and its consequences each day. It is not known when, but fatally the world oil reserves one day will be exhausted one day and substitutes will have to be found. Among the existing options, the Biofuels appear like one of the viable options. But the impacts produced by an indiscriminate expansion of the areas of cultivation and the effects on the native forests, other existing cultures, the populations and its way of life are little discussed. Finally, the study tries to demonstrate that the public incentive policies for the production of biodiesel are a positive factor of regional development, even more in a needing country like ours, but that right options must be adopted looking for models that reconcile economic development with environmental conservation.

O etanol (álcool etílico) tem sido cada vez mais estudado e testado como combustível alternativo para substituição do uso de alguns derivados de petróleo em motores de combustão interna. O presente trabalho procura abordar o emprego do etanol na forma vaporizada em motores do ciclo Otto, objetivando a obtenção de melhores níveis de rendimento térmico total. Deste modo, um motor para teste de octanagem (motor CFR) foi equipado com um vaporizador de álcool instalado no coletor de escapamento, e após uma série de ensaios, várias análises puderam ser feitas. Essas considerações procuraram se ater a aspectos como rendimento térmico, relação ar/combustível, ângulo de avanço da centelha, temperatura de escape, assim como potência e eficiência volumétrica, levando em conta, sempre, a sua influência no funcionamento geral do motor. Ficou constatado que o motor movido a etanol vaporizado apresenta rendimento consideravelmente maior, menor consumo de combustível e funcionamento mais suave que aqueles verificados quando o mesmo motor e alimentado com álcool líquido. / The ethanol (ethyl alcohol) has been studied more and more as alternative fuel to replace some petroleum derivatives for internal combustion engines. The attached study examines the application of vaporized ethanol for Otto cycle engines, searching for better levels of total thermal efficiency. Therefore, an engine for test of octane number (CFR motor) was equipped with an alcohol vaporizer installed inside the escape pipe, and after many experiences, several analysis were made. The various analysis included aspects as thermal efficiency, air/fuel ratio, advance ignition, escape temperature, power and volumetric efficiency, always considering their influence on the operation of the engine. It was confirmed that the engine moved by vaporized ethanol presents higher thermal efficiency, smaller fuel consumption and smoother working than in case of alimentation by liquid alcohol.

O álcool etílico ou etanol vem se tornando, neste novo século, uma importante referência para estudos e aplicações que procuram um combustível alternativo ao uso de derivados de petróleo em motores de combustão interna. Neste trabalho, o uso do etanol vaporizado pelos gases de escape em motores do ciclo Otto busca a obtenção de melhores níveis de rendimento térmico e emissões de poluentes. Assim sendo, um motor de 1.0 litro foi montado em laboratório com um trocador de calor instalado ao lado do coletor de escapamento, e uma série de testes foram feitos, possibilitando uma cuidadosa análise quanto a rendimento térmico, relação ar/álcool, ângulo de avanço da centelha, temperatura de escape e gases de emissão, entre outros aspectos. Conclui-se que o motor a álcool vaporizado, em certos regimes de funcionamento, apresenta rendimento maior e emissões menores que aqueles verificados no motor a álcool líquido. / The ethyl alcohol or ethanol is becoming, in this new century, an important reference for studies and applications that search for an alternative fuel to be used in internal combustion engines, replacing oil derivatives. In this study, an Otto cycle engine is fueled with ethanol vaporized by the exhaust gases, aiming for better levels of thermal efficiency and exhaust emissions. Therefore, a 1.0 liter engine with a heat exchanger connected to the exhaust manifold was prepared in a test bench, and several tests were made, which allowed a criterious analysis about air/alcohol ratio, spark ignition time, exhaust temperature and exhaust emissions, and others. It was concluded that the engine fueled with vaporized alcohol presents, in some operation points, higher thermal efficiency and less emissions compared to the case of engine fueled with liquid alcohol.

O aproveitamento da energia luminosa por bactérias que produzem hidrogenases poderia aumentar a eficiência do processo de produção de biohidrogênio. Neste trabalho, foi realizada a clonagem do gene que codifica a proteorrodopsina (PR) do isolado metagenômico SAR86 num plasmídeo de expressão para bactérias Gram-negativas. PR é uma proteína ligada ao cromóforo retinal, que, sob iluminação, promove o efluxo de prótons através da membrana celular. O excesso de prótons na face externa da membrana pode servir como substrato para a hidrogenase, resultando em maior eficiência na produção de hidrogênio (2H+ + 2e→ H2). O plasmídeo contendo o gene da PR foi utilizado na transformação genética das bactérias Cupriavidus necator e Escherichia coli, que produzem diversas hidrogenases. Enquanto a PR não se mostrou funcional em C. necator, na linhagem recombinante de E. coli, cultivada em presença de luz e retinal, foi obtido um aumento de até 2,17 vezes na produção de H2 em relação ao cultivo no escuro, desde que a linhagem estivesse produzindo a hidrogenase endógena HYD-4. / The utilization of light energy by hydrogenase producing bacteria could increase the efficiency of the biohydrogen production process. In the present work, the gene coding for proteorhodopsin (PR) of the SAR86 metagenomic lineage was cloned in an expression plasmid for Gram-negative bacteria. PR is an apoprotein linked to the chromophore retinal, which, upon illumination, promotes proton efflux across the cell membrane. The excess of protons on the plasma membrane surface may serve as a substrate for hydrogenases, resulting in a higher efficiency of hydrogen production (2H+ + 2e→ H2). The plasmid containing the PR gene was used to transform the Gram-negative bacteria Cupriavidus necator and Escherichia coli which produce several hydrogenases. Whereas PR did not display functionality in C. necator, in the recombinant E. coli cells, grown under illumination in the presence of retinal, an enhancement up to 2.17 fold in H2 production was found, relative to cells grown under darkness, provided that the cells were expressing the endogenous HYD-4 hydrogenase.