Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Submitted by LUIS FRANCISCO MICHELI (luis.micheli@unesp.br) on 2018-10-19T18:59:13Z No. of bitstreams: 1 Versão Final r4.pdf: 3404641 bytes, checksum: 84fa67d5e2f835f7f6d2a8db1089132f (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-10-19T19:13:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 micheli_lf_me_bauru.pdf: 3404641 bytes, checksum: 84fa67d5e2f835f7f6d2a8db1089132f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-19T19:13:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 micheli_lf_me_bauru.pdf: 3404641 bytes, checksum: 84fa67d5e2f835f7f6d2a8db1089132f (MD5) Previous issue date: 2018-09-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A reação de transesterificação de óleos vegetais com álcool etílico ou metílico dá origem a ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, conhecidos como biodiesel. Este apresenta propriedades próximas do óleo diesel mineral como o número de cetano, massa específica, poder calorífico e relação ar-combustível. Porém, problemas decorrentes de sua maior viscosidade resultam em uma pulverização deficiente pelos bicos injetores levando a uma combustão de qualidade inferior, e com isso, formação de depósitos indesejáveis no interior do motor, alterações nas propriedades do óleo lubrificante e na composição dos gases de escape. Frente a essa questão se faz necessário o estudo da utilização de um aditivo capaz de tornar as características do biodiesel mais adequadas à sua utilização em motores de ignição por compressão e também o acompanhamento das alterações na composição dos gases de escape. O aditivo estudado nesse trabalho foi o d-limoneno, um hidrocarboneto obtido como subproduto da citricultura, que foi adicionado ao óleo diesel à ser utilizado como combustível do conjunto moto-gerador utilizado nos ensaios. Neste sistema foram aplicadas diferentes cargas e coletados os dados relativos à emissão do motor. Resultados relevantes como a redução de material particulados foram observados mesmo com a adição de pequenas quantidades de d-limoneno. / The transesterification of vegetable oils with methanol or ethanol results in methyl esters or ethyl esters of fatty acid, known as biodiesel. This one presents similar features of diesel oil, such as cetane number, specific weight, heat of combustion and air-fuel ratio. However, arising problems from its higher viscosity leads to a poor spraying by the fuel injectors and so to a low-grade combustion, causing formation of undesirable deposits inside the engine, changes in the properties of the lubricating oil and in the composition of the exhaust gas. Owing to this issue, it is necessary to study an additive able to make biodiesel characteristics more appropriate to be used in compression ignition engines, as well as a monitoring of changes in exhaust gas composition. The chosen additive was d-limonene, a hydrocarbon obtained as a byproduct of citriculture, which was added to diesel fuel to be used as fuel for the motor-generator set used in the tests. Different loads were applied to this system and the engine emission data were collected. Relevant results such as the reduction of particulate material were observed even with small amounts of d-limonene added. / CAPES:DS 1600969

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8477_DISSERTAÇÃO LETICIA.pdf: 7202 bytes, checksum: 0eaa29cc040b1d62f4542fe106132285 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES / Nos processos para produção de aço em uma usina siderúrgica são produzidos gases que normalmente podem ser aproveitados como combustíveis pela própria planta. Os gases de alto forno, de coqueria, de aciaria e o alcatrão compõem frequentemente a mistura de combustíveis alimentados nas caldeiras de diversas usinas siderúrgicas. A combustão de diferentes misturas (mix) de combustíveis na caldeira pode gerar altos níveis de gases não oxidados, especialmente o CO. Altas concentrações destes gases acarretam problemas ambientais, o que não é desejado. Como tentativa de solução do problema, significativos níveis de excesso de ar são inseridos no sistema. Entretanto, o excesso de ar pode acarretar na redução da eficiência energética do processo e pode não solucionar o problema. Neste contexto, os objetivos deste trabalho são: (i) Testar diferentes composições para a alimentação de uma caldeira em operação em uma indústria siderurgia e calcular a composição da saída dos gases de exaustão; (ii) Investigar o efeito do aumento do excesso de ar na composição dos gases de exaustão e na eficiência energética do processo. Para isto é proposta a utilização da técnica de minimização da energia livre de Gibbs. Esta metodologia é frequentemente utilizada para se calcular a composição química de um sistema fechado em equilíbrio químico com uma ou mais fases. Portanto é possível afirmar que a energia livre de Gibbs é mínima quando o sistema atinge o estado de equilíbrio químico. Para a obtenção da composição química do sistema, um problema de otimização restrito deve ser resolvido. As variáveis a serem ajustadas representam a composição de equilíbrio do sistema. Assim, com o desenvolvimento deste estudo espera-se ser possível predizer quais a condições operacionais maximizam a eficiência energética do processo e minimizam a emissão de gases não oxidados. / The development of the steel industry has increased energy demand, exerting strong influence on the use of energy resources. The utilization energetic is extremely important because it enables the steel industry greatly reduce their costs. In the steelmaking process, they are produced four by-products with high capacity for energy generation. The produced by-products are directed to thermoelectric plants and used as fuel for the generation of electricity. In this work it proposed a modeling for the prediction of the equilibrium concentration of the chemical species present in the furnace of a steel boiler installed in a thermoelectric plant. The employed technique consists of the minimization of the Gibbs energy of the reaction medium present in the furnace of steel boiler equipment on the thermoelectric central plant. The optimization problem was proposed, by defining thus the objective function and restrictions to be resolved employing the commercial software Matlab® . The solution of the optimization problem resultant provides the description of composition output of the exhaust gases. This work it was possible to evaluate the impact of changes in air feed flow rate and operating temperature of the composition of the exhaust gases. The applied methodology is able to reproduce satisfactorily the information provided by industry and obtained in the literature, that describe the combustion of the byproducts on the steel industry by-products.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The growing demand of energy in the world, the decrease of petroleum reserves and the current problems of environmental contamination, increase the interest in renewable energy study for internal combustion engines, to replace partially or completely to petroleum based fuels. In Brazil, among the alternatives fuels, stands out the use of sugarcane ethanol, seen that it is from renewable sources and has high oxygen content, which is favorable to reduce pollutant gases emissions of engine. The blend of ethanol and diesel (ED) has received in recent years and in different countries, more attention for use in diesel engines. However, there are difficulties to partially replace diesel use. The main disadvantages are the differences in their physical-chemical properties. A percentage up to 15% of ethanol is used in diesel engines without making mechanical changes. In this way, the objective of this study was to evaluate the performance and emissions of a diesel engine in an agricultural tractor, using blends of diesel and hydrated ethanol. Were used as fuel, Diesel (B5) and mixture with 3% (ED3), 6% (ED6), 9% (ED9), 12% (ED12) and 15% (ED15) of hydrous ethanol. Performance parameters evaluated were the power, torque and specific fuel consumption. Were also evaluated emissions of CO2, NOx e O2, and the opacity of the gases through the k value. Both, engine performance and emissions experiment were analyzed in a completely randomized with bifactorial design. The results indicate that as the percentage of ethanol increased, the average values of torque and engine power decreased. Using the B5 and the ED3, these variables did not differ statistically, in addition, with the ED3 was obtained the lower specific fuel consumption. Using ED12, the engine performance has reduced power and torque in 2.97% e 2.95%, respectively, compared with B5, while their fuel consumption had no statistical difference. The greater opacity and gas emissions were archive with ED3, while the lower emission occurred when the engine operated with ED12 and ED15. With these fuels, the reduction of opacity, CO2 and NOX, in relation to B5, was 22.22 24.44%, 5.20 5.60% e 6.65 - 10.48%, respectively. It can be considerate that operating with ED12, pollutant emissions are reduced significantly without a significant loss in engine performance. / A crescente demanda mundial de energia, a diminuição das reservas do petróleo e os atuais problemas de poluição ambiental, incrementam o interesse no estudo de fontes renováveis de energia para os motores de combustão interna, visando substituir, de forma parcial ou total, os combustíveis derivados do petróleo. No Brasil, entre os combustíveis alternativos, se destaca o uso do etanol de cana-de-açúcar, visto que é de origem renovável e possui um alto conteúdo de oxigênio, o qual pode favorecer a redução das emissões de gases poluentes do motor. A mistura etanol- Diesel (ED) vem recebendo, nos últimos anos, e em diferentes países, maior atenção para ser utilizado em motores ciclo Diesel. No entanto, existem dificuldades para sua utilização visando substituir parcialmente o óleo Diesel. Os principais inconvenientes são as diferenças nas suas propriedades físico-químicas. Em porcentagens de até 15%, o etanol pode ser utilizado em motores ciclo Diesel, sem realizar modificações mecânicas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho e as emissões de um motor ciclo Diesel de um trator agrícola, utilizando misturas de óleo Diesel e etanol hidratado. Foram utilizados como combustíveis o óleo Diesel (B5) e sua mistura com 3% (ED3), 6% (ED6), 9% (ED9), 12% (ED12) e 15% (ED15) de etanol. Os parâmetros avaliados de desempenho foram: a potência, o torque e consumo específico de combustível. Foram também avaliadas as emissões de CO2, NOx, O2 e a opacidade dos gases, por meio do valor k. Ambos os experimentos de desempenho e emissões do motor foram analisados em um delineamento experimental inteiramente casualizado, em um esquema bi fatorial. Os resultados indicam que conforme aumentou a porcentagem de etanol, os valores médios de torque e potência do motor diminuíram. Utilizando o B5 e o ED3, estas variáveis não diferiram estatisticamente, além disso, com o ED3 foi obtido o menor consumo de combustível. Utilizando o ED12 o desempenho do motor teve reduções de potência e torque de 2,97% e 2,95%, respectivamente, em relação ao B5, enquanto que os consumos de combustível não tiveram diferença estatística. A maior opacidade e emissões de gases foram alcançadas com ED3, enquanto que as menores emissões ocorreram quando o motor operou com o ED12 e ED15. Com estes combustíveis, a redução da opacidade, CO2 e NOx, em relação ao B5 foi de 22,22 - 24,44%, 5,20 - 5,60% e 6,65 - 10,48%, respectivamente. Pode-se considerar que operando com o ED12, as emissões de poluentes são reduzidas significativamente sem uma perda considerável no desempenho do motor.

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.

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No. of bitstreams: 1 chiapinotto_l_me_guara.pdf: 2025683 bytes, checksum: 06211c8bab58758df3a08535a4aa3f80 (MD5) Previous issue date: 2017-09-21 / Nesta pesquisa investiga-se a viabilidade do uso de misturas heterogêneas de combustíveis compostas por etanol e gás natural veicular (GNV) em motor flex fuel (Flex). Os motores Flex, no Brasil, são abastecidos com gasolina E27 (com até 27% de etanol anidro e 73% de gasolina), etanol, GNV ou qualquer mistura de etanol e gasolina. Ao funcionarem com o GNV apresentam vantagens pela menor emissão de dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOX), mas são desvantajosos com relação às emissões de hidrocarbonetos (HC) em baixas rotações quando comparados ao utilizarem gasolina ou etanol, além da perda de potência variando de 10 a 20%. Esta pesquisa objetiva encontrar uma mistura de etanol-GNV, cuja combustão possa reduzir, as emissões de CO, HC e NOx do motor Flex em relação ao modo GNV. Os testes foram conduzidos num motor Flex de 2000 cilindradas, com duas válvulas por cilindro. No motor foi instalado um sistema de gerenciamento de injeção eletrônica de GNV funcionando concomitantemente com a injeção de combustível líquido. Fez-se inicialmente a medição da vazão de etanol (E100), do GNV (E0) e de diferentes misturas de etanol-GNV (E20, E40, E60, E80). Para a avaliação dos parâmetros das emissões de CO2, CO, O2, HC e NOx, das eficiências (térmica, volumétrica e mecânica), consumo específico de combustível e custo operacional, calibrou-se primeiramente o motor para o uso de E0 e de E100. Os testes foram realizados em modo estacionário e dinâmico, cujas emissões foram medidas através do analisador de gases. No modo estacionário mediram-se as emissões de gases de exaustão em velocidade angular de 1000 e 2500 RPM (rotações por minuto); no modo dinâmico mediram-se além das emissões, a potência e o consumo de combustível com o motor submetido a 25% de carga a 2000, 2500, 3000 RPM e à carga total num dinamômetro ativo para até 290 kW. Os melhores resultados obtiveram-se para a mistura E20. Comparando-se com E0, a mistura E20 resultou uma média de 55,33%, 31%, 29,86% e 57,41% na diminuição das emissões de CO, O2, HC e de NOx, respectivamente, com um aumento médio das emissões de CO2 em 5,81%; foi observado também perda de 2,45% de potência líquida, além do aumento de 2,35%, 1,25%, 1,41%, 16,94% e 18,85% para eficiência térmica, eficiência volumétrica, eficiência mecânica, consumo específico de combustível e do custo operacional, respectivamente / This research has investigated the feasibility of using heterogeneous fuel blends composed of ethanol and compressed natural gas (CNG) in flex-fuel engines. In Brazil, such vehicles are fueled by E27 gasoline (up to 27% anhydrous ethanol and 73% gasoline), ethanol, CNG or any ethanol and gasoline blend. When running on CNG, they offer advantages due to lower carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NOX) emissions, although they are disadvantageous with respect to hydrocarbon emissions (HC) at low revolutions, especially if compared to being run on gasoline or ethanol, in addition to power loss ranging from 10 to 20%. Thus, it is aimed to find an ethanol-CNG blend whose combustion can reduce CO, HC and NOx emissions from flex-fuel engines in comparison with the CNG mode. Tests have been conducted on a 2000cc flex-fuel engine with two valves per cylinder. It was installed an electronic CNG injection system operating concomitantly with the liquid fuel injection system. Flows of ethanol (E100), CNG (E0) and different ethanol-CNG blends (E20, E40, E60, E80) were initially measured. In order to evaluate levels of CO2, CO, O2, HC and NOx emissions, efficiency (thermal, volumetric and mechanical), specific fuel consumption and operating cost, the engine was initially calibrated to run on E0 and E100. The emissions tests were performed in stationary and dynamic mode. In stationary mode, exhaust emissions were measured at 1000 and 2500 RPM (revolutions per minute); in dynamic mode, power and fuel consumption were measured while the engine was subjected to 25% load at 2000, 2500, and 3000 RPM, in addition to repeating exhaust gas and power tests at full load with an active dynamometer at up to 290 kW. Optimal results were obtained for blend E20. If compared to E0, E20 resulted in an average of 55.33%, 31%, 29.86% and 57.41% at reducing CO, O2, HC and NOX emissions, respectively, with increased CO2 emissions. It were also observed of 2.45% of gross power loss, besides an increase of 2.35%, 1.25%, 1.41%, 16.94% and 18.85% in thermal efficiency, volumetric efficiency, mechanical efficiency, specific fuel consumption and operating cost, respectively

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.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-09-04T17:03:54Z No. of bitstreams: 2 Dênison Angelotti Moraes.pdf: 4087093 bytes, checksum: 92e8923c2697fbf1a44b31c6c7fb05d1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-09-19T18:27:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dênison Angelotti Moraes.pdf: 4087093 bytes, checksum: 92e8923c2697fbf1a44b31c6c7fb05d1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-19T18:27:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dênison Angelotti Moraes.pdf: 4087093 bytes, checksum: 92e8923c2697fbf1a44b31c6c7fb05d1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-06-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Automotive components are always in development, aiming to improve performance and quality, either by reducing costs, market need, increased sales and productivity or some new environmental or safety legislation. In the last years the environmental theme has gained interest and has become central to vehicles that use fossil fuels, especially Diesel oil, and must comply with new emission laws. For this, new engines and exhaust systems and gas filtration have been developed, such as catalytic converters. The upcoming legislation, called PROCONVE P8, restricts the values of nitrous oxides (NOx) and particulate matter to very low values. In order to achieve these values, the post-treatment system called the ATS (After Treatment System) was developed. In order for the process to reduce pollutants to be made within the ATS, the exhaust gases burned in the combustion process inside the engine must be between 450 and 550 ºC. The burned gases, or exhaust gases, are piped to the catalyst by metal tubing. In this work was proposed the use of 8% by weight (ZrO2-Y2O3) stabilized Zirconia oxide ceramic, known as YSZ (Ytria Stabilized Zirconia), or 8YSZ, known as TBC (Thermal Barrier Coating). The TBC was studied as a coating of exhaust pipe, through analytical calculation and CFD (Computer Fluid Dynamics). The results showed that the YSZ is a potential material for the studied application, as well as for applications where the thermal barrier theme is relevant. / Componentes automotivos estão sempre em desenvolvimento, seja objetivando a melhoria de performance e qualidade, seja pela redução de custos, necessidade de mercado, aumento de vendas e produtividade ou alguma nova legislação ambiental ou de segurança. Nos últimos anos o tema ambiental ganhou corpo e passou a ser central para os veículos que utilizam combustíveis fósseis, em especial o óleo Diesel, devendo atender a novas legislações de emissão. Para isso, novos motores e sistemas de exaustão e filtragem dos gases foram desenvolvidos, como os conversores catalíticos. A próxima legislação que entrará em vigor, chamada de PROCONVE P8 restringe os valores de óxidos nitrosos (NOx) e material particulado a valores muito baixos. Para que esses valores sejam atingidos foi desenvolvido o sistema de pós-tratamento de gases chamado de ATS (After Treatment System). Para que o processo de redução dos agentes poluidores seja feito dentro do ATS, os gases de escapamento queimados no processo de combustão dentro do motor devem estar a temperatura entre 450 e 550ºC. Os gases queimados, ou gases de exaustão, são conduzidos por tubulação metálica até o catalisador. Neste trabalho foi proposta a utilização de revestimento cerâmico de óxido de Zircônia estabilizado com Ítria a 8% em peso (ZrO2-Y2O3), conhecido como YSZ (Ytria Stabilized Zirconia), ou ainda 8YSZ, conhecido como TBC (Thermal Barrier Coating). Foi estudado o TBC como revestimento de tubulação de escapamento, por meio de cálculo analítico e por CFD (Computer Fluid Dynamics). Os resultados mostraram que o YSZ é um material de potencial para a aplicação estudada, bem como para aplicações onde o tema barreira térmica seja relevante.