As correntes pesadas do refino de petróleo podem ser utilizadas para a produção de óleos combustíveis para uso industrial ou marítimo, sendo esse último conhecido como óleo bunker. Para tal, é necessária a diluição dessas correntes pesadas com frações de refino mais leves para ajuste da viscosidade. Enquanto o uso industrial do óleo combustível vem sendo significativamente reduzido em função de restrições ambientais, o mercado de óleo bunker apresenta crescimento importante face a expansão do comércio marítimo mundial. No Brasil, há um aumento da produção de petróleos pesados, extrapesados e asfálticos, que exigem complexos esquemas de refino para a sua conversão em frações mais leves. Dessa forma, ocorre uma redução da quantidade de correntes disponíveis para a produção de bunker, além da variação da qualidade das correntes usadas na sua formulação. Esta dissertação avalia a utilização de petróleos pesados e asfálticos na produção de bunker, sem a necessidade do processamento tradicional em refinarias de petróleo. A comparação da qualidade de ignição e de combustão da nova formulação deste produto com o combustível marítimo preparado a partir de correntes residuais é realizada por duas metodologias diferentes. Após a realização de um pré-tratamento, a mistura formulada a partir dos cortes dos petróleos apresenta melhor desempenho que os combustíveis formulados com as correntes residuais. Além disso, este trabalho compara o efeito de diferentes diluentes e a contribuição da corrente pesada utilizada na qualidade de ignição e de combustão do produto / Heavy streams from crude oil refining can be used to prepare fuel oils for industrial or maritime purposes, the latter known as bunker fuel. In order to prepare them, it is necessary to set viscosity to its appropriate value by dilution with lighter fractions from petroleum refining. While industrial usage of fuel oils is decreasing significantly due to environmental restrictions, the bunker fuel market shows an important increasing face to the growing in world maritime trading. Production of heavy, extra heavy and asphaltic crude oils in Brazil is rising and more complex refining process are required to convert them into lighter petroleum products. Because of that, the amount and the quality of available streams to prepare bunker fuel are decreasing. The present dissertation evaluates the feasibility of using heavy and asphaltic crude oils to prepare bunker fuel without traditional processing into petroleum refineries. The comparison of ignition and combustion quality considering the bunker fuel prepared from residual streams are made considering two different methodologies. After pre-treating the crude oils to prepare bunker fuels, that mixture shows a better ignition and combustion performance than those prepared with residual streams. Finally, this study compares the effect of different diluent streams and the heavy fraction contribution to products ignition and combustion quality

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2016-02-25T18:44:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertacao Monhol 2015.pdf: 4387300 bytes, checksum: f1407d1b8975e9e2878b9c25ad0c2ec3 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-03-03T12:28:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertacao Monhol 2015.pdf: 4387300 bytes, checksum: f1407d1b8975e9e2878b9c25ad0c2ec3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T12:28:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertacao Monhol 2015.pdf: 4387300 bytes, checksum: f1407d1b8975e9e2878b9c25ad0c2ec3 (MD5) Previous issue date: 2015 / A propagação de uma frente de combustão ocorre numa variedade de situações e para diferentes propósitos industriais. O desempenho desses processos precisa melhorar e ao mesmo tempo reduzir os níveis de emissões para atender às normas de emissões internacionais. Para isso é necessário um certo grau de conhecimento tanto do processo como dos fenômenos da combustão. Em todos as situações envolvendo a combustão, a propagação é iniciada por uma fonte de calor e, após a ignição do combustível, a frente de combustão alcança o combustível adjacente. Estudos anteriores mostraram a ignição e propagação de uma frente de combustão como um fenômeno complexo que depende de processos químicos, térmicos e físicos. O presente trabalho abordou os desafios encontrados durante uma abordagem empírica para análise da propagação de uma frente de combustão em leito fixo. A partir da utilização de combustíveis simulados foram analisados: a influência da composição do combustível no comportamento da ignição do mesmo, as características da propagação da frente de combustão (regime de combustão, retração do leito e estrutura da frente) e a influência da ignição do combustível na propagação da frente de combustão. Foi possível realizar um mapeamento, para diferentes composições, do comportamento da ignição de combustíveis sólidos. A partir dos resultados de propagação da frente verificou-se que ocorrem basicamente três estágios de combustão no leito: ignição, propagação e oxidação do carbono fixo remanescente. Através das análises de gás notou-se a existência de dois regimes de combustão no leito: limitada pela reação e limitada pelo oxigênio. Foi obtido que em leitos com alta porcentagem de material inerte, onde há maior estabilidade, há uma maior influência da ignição na frente de combustão. Assim, mostrou-se como esses conhecimentos são úteis em diversas aplicações e processos industriais. / The combustion front propagation occurs in a variety of situations and for different industrial purposes. The performance of these processes needs to be improved and at the same time to reduce emission levels to meet the international standards. For this purpose, is needed a certain degree of knowledge of both processes of combustion phenomena. In all situations involving combustion phenomena, the propagation is initiated by a source of heat, and after fuel ignition, combustion front reaches the adjacent fuel. Previous studies have shown the ignition and the combustion front propagation as a complex phenomenon which depends on chemical, thermal and physical processes. This work focuses on the challenges encountered during an empirical approach to analyze the propagation of a combustion front in fixed bed. From the use of simulated fuels, it were analyzed: the influence of fuel composition on the behavior of its ignition, the characteristics of the combustion front propagation (combustion regime, shrinkage of the bed and the front structure) and the influence of fuel ignition in the propagation of the combustion front. It was possible to perform a mapping of ignition behavior of the solid fuel for different compositions. From the results of front propagation, it was found that, basically, three combustion stages occur in the bed: Ignition, Propagation and Oxidation of the remaining fixed carbon. Through gas analysis it was noted that there were two reaction modes present in the bed: reaction limited and oxygen limited. It was obtained than in bed with high content of inert materials, where there is greater stability, there is a greater influence from the ignition to the combustion front. Thus, it was shown how these skills are useful in various applications and industrial processes.

Nos últimos anos o principal desafio da humanidade foi a substituição total ou parcial dos combustíveis fósseis que são responsáveis pelas mudanças climáticas e contribuem para a formação dos gases do efeito estufa. Como alternativa, os combustíveis renováveis - denominados biocombustíveis - têm se tornado uma alternativa viável. Este trabalho investigou o comportamento térmico e a energia de ativação de dois biocombustíveis (farnesano e biodiesel de soja) e suas misturas com diesel fóssil. Além disso, foram feitos estudos comparativos de comportamento térmico e energia de ativação entre todos os combustíveis. Os estudos foram feitos empregando-se análise termogravimétrica (TGA) sob atmosfera de ar sintético. As condições experimentais para os testes termogravimétricos foram: massa das amostras de 4,0 ± 0,5 mg, razões de aquecimento de 5, 10, 15, 20 e 25ºC min-1 e faixa de temperatura entre 30ºC e 400ºC. Outras técnicas, tais como calorimetria, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC - \"Differential Scanning Calorimetry\") e testes em motor diesel OM 926 LA CONAMA P7/EURO 5 também foram aplicadas para se avaliar o comportamento térmico destes combustíveis. Os valores de poder calorífico superior (PCS) para o farnesano, diesel fóssil e biodiesel são 46,9 MJ/kg, 45,3 MJ/kg e 39,7 MJ/kg, respectivamente. Os experimentos no motor diesel mostraram uma economia de 3% para o farnesano e um consumo de 14,25 % para o biodiesel em relação ao diesel fóssil. Em média, os valores de energia de ativação para os combustíveis puros encontrados neste estudo foram de 82,20 ± 3,38 kJ mol-1, 86,61 ± 8,48 kJ mol-1 e 96,61 ± 3,74 kJ mol-1 para farnesano, diesel fóssil e biodiesel de soja, respectivamente. Como a energia de ativação está diretamente relacionada com o atraso de ignição e, consequentemente, ao processo de combustão, o farnesano apresentou uma melhor qualidade de combustão em relação ao biodiesel de soja. Por meio das emissões obtidas nos testes European Stationary Cycle test (ESC) com a utilização do motor diesel foi possível obter correlações lineares entre energia de ativação e as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC) e correlações polinomiais entre energia de ativação e as emissões de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e material particulado (MP). A adição de biodiesel de soja ao diesel provocou um aumento das emissões tanto para o NOx quanto para o HC em até 21,29% e 19,31%, respectivamente, e queda nas emissões de CO, CO2 e MP em até 33,44%, 2,44% e 47,37%, respectivamente. Por outro lado, a adição de farnesano ao diesel proporcionou uma diminuição de todas as emissões, ou seja, 11,22 %, 15,67%, 15,09%, 4,66% e 6,14% para NOx, HC, CO, CO2 e MP, respectivamente. A partir dos resultados obtidos neste estudo é possível entender o comportamento dos combustíveis durante suas respectivas queimas tendo como base as suas energias de ativação. / In recent years, the main challenge of the humanity was the total or partial replacement of fossil fuels, which are responsible for both the climate changes and the production of greenhouse gases. As an alternative, renewable fuels - named biofuels - have become viable. This study investigated the thermal behavior and the activation energy of two biofuels (farnesane and soybean biodiesel) and their mixture with fossil fuel. In addition, the thermal behavior of the biofuels and their mixtures with fossil fuel were compared with pure fossil diesel. Experiments were performed applying thermogravimetric analysis (TGA) under synthetic air atmosphere and other conditions such as, sample mass of 4,0 ± 0,5 mg, heating ratios of 5, 10, 15, 20 and 25 °C min-1 and temperature range between 30ºC and 400°C. In addition, calorimetry, differential scanning calorimetry (DSC) and experiments in a diesel engine OM 926 LA CONAMA P7 / EURO 5 were applied. Calorific value (CV) of the farnesane, biodiesel and fossil diesel are 46.9 MJ kg-1, 45.3 MJ kg-1 and 39.7 MJ kg-1, respectively. Experiments in the engine showed a fuel saving of 3% for farnesane and an increase consumption of 14.24 % for biodiesel, compared to fossil diesel. On average, the values of activation energy for pure fuels determined in this study were 82.20 ± 3.38 kJ mol-1, 86.61 ± 8.48 kJ mol-1 and 96.61 ± 3.74 kJ mol-1 for farnesane, fossil diesel and soybean biodiesel, respectively. As the activation energy is directly related to the ignition delay and hence the combustion process, it was observed that farnesane presented a better quality of combustion in comparison to the biodiesel. By means of the emissions obtained by the European Stationary Cycle test (ESC) in the diesel engine, it was possible to observe linear correlations between activation energy for both nitrogen oxide (NOx) and hydrocarbon (HC) emissions, and polynomial correlations between activation energy and carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and particulate matter (PM) emissions. The addition of soybean biodiesel to the diesel promoted an increase of both NOx and HC emissions in 1.29% and 19.31%, respectively and a decrease of 33.44%, 2.44% and 47.37% for CO, CO2 and PM emissions, respectively. On the other hand, the addition of farnesane to the fossil diesel, a reduction in all emissions were observed, i.e, 11.22%, 16.67%, 15.09%, 4.66%, 6.14%. of NOx, HC, CO, CO2 and PM, respectively. From the results obtained in this study, it is possible to understand the behavior and the emissions of the fuels produced during their burning based on their activation energies.

Com o desenvolvimento dos motores foguetes a propelentes sólidos, houve um consenso na comunidade propulsiva que as formulações de propelentes tipo compósito fossem imunes ao potencial elétrico gerado por carregamento eletrostático. A ocorrência de acidentes com motores foguetes a propelentes sólidos, durante fases de fabricação, manipulação e estocagem sem uma causa aparente levou a vários estudos por grupos independentes e a conclusões importantes para a segurança da formulação do propelente onde a hipótese de ignição acidental por descarga eletrostática foi a causa mais provável. Esta hipótese é atualmente um campo que está sendo desenvolvido e os estudos na área buscam como objetivo primordial minimizar os riscos de acidentes com motores de propelentes sólidos atribuídos ao fenômeno de descarga eletrostática. O propelente tipo compósito é heterogêneo, onde as partículas se dividem em partículas condutoras e não condutoras. Os diferentes tipos de "binder" influenciam diretamente nas características elétricas juntamente com as partículas condutoras. As partículas não condutoras têm efeito geométrico no espaçamento das partículas condutoras. De acordo com as características elétricas obtidas durante ensaios realizados, pode-se avaliar se a formulação é sensível à ignição acidental por descarga eletrostática. Devido aos métodos de fabricação (maceração circular por pás rotativas) e por não ser possível garantir exatamente o nível de carregamento, diâmetro médio e geometria (fator de forma) dos componentes sólidos, cada formulação necessita ser avaliada para saber qual o nível de sensibilidade à descarga eletrostática, e o risco de ocorrência de trincas ou ignição (sustentada ou não) no grão propelente sólido. O trabalho apresenta as principais metodologias que estão sendo pesquisadas e os resultados de ensaios elétricos e de descarga eletrostática realizados em amostras de estudo, visando tornar segura a formulação e conseqüentemente a fabricação, estocagem e manuseio de motores foguetes a propelente sólidos utilizados tanto em lançadores espaciais como em foguetes e mísseis balísticos.

This work investigates through numerical simulation, the operation of a big bore direct fuel injection spark ignition engine, at part load under stratified operation. It evaluates fuel-air mixture preparation and combustion process with the adoption of detailed chemical kinetics mechanisms for both Isooctane and Ethanol, and applying adaptive mesh refinement to capture the turbulent flame brush. The investigation is split in 3 main parts. In the first part, with Isooctane as fuel, the impact of in-cylinder turbulence level induced by squish has shown that the attempt to isolate the squish ratio, maintaining the bowl shape, for the evaluated cases have led to a scenario not more appropriate for flame initiation and propagation for 2 of the 3 geometries. But the observations made during this initial stage have led to the proposal of a fourth geometry to improve the mixture formation and combustion process. As it was seen the combustion process was about 11.5 deg faster with the new piston bowl proposed. In the second part, still with Isooctane and maintaining the new proposed piston, evaluates the influence of two types of hollow cone fuel injectors, an inwardly and an outwardly opening types, where maintain fixed spark timing, the end of injection is varied and compared among the two cases, while targeting for the same gross IMEP output. The main results are that the outwardly opening injector case resulted in better fuel-air mixture preparation, even with a late end of injection. This led to higher combustion efficiency and lower unburned hydrocarbon, CO and soot emissions, while increasing NOx emissions. The 10-90% MFB burn duration is higher for the outwardly opening injector case. In the last part the outwardly opening spray injector from the previous part, but using Ethanol as fuel has shown that to attain the same IMEP level the injected fuel mass is increased with Ethanol, and with its higher latent heat of vaporization, the time required to have an ignitable fuel-air mixture more than doubled that for the Isooctane case. Another important effect of these is the excessive increase of THC emissions. The overall combustion duration was faster for the Ethanol, mainly as the last part of the combustion was almost twice as fast as for the Isooctane case. It may be a consequence of a more homogeneous fuel-air mixture cloud as the fuel has more time to diffuse as the EOI is more advanced. The in-cylinder charge cooling effect of Ethanol led to a reduction in the in-cylinder temperature, leading to a reduction in NOx formation. CO emissions was also lowered, which is maybe attributed to either the reduced chemical dissociation with the lower temperatures, or reduced fuel rich regions. The reduced fuel rich regions also explain the reason for lower soot emissions.

Este trabalho foi realizado para avaliar o desempenho de composições pirotécnicas para a ignição de propelente sólido. Para esta avaliação foram realizados ensaios na Bomba de Pastilha (Bomba manométrica) e ensaios funcionais de ignitores em micropropulsores com propelente inerte e real. Estes micropropulsores são usados no foguete Veículo Lançador de Satélite (VLS) projetado no Centro Técnico Aeroespacial - Instituto de Aeronáutica e Espaço, CTA/IAE. Quatro destes micropropulsores são instalados no VLS e os funcionamentos devem ocorrer simultaneamente com uma dispersão de no máximo 50 milissegundo, entre eles, para que os propulsores atinjam 75% da pressão de trabalho no estado permanente de combustão. As composições pirotécnicas avaliadas foram: 1- Pólvora negra (PN); 2- Magnésio, Teflon, Viton B (MTV); 3- Magnésio, Perclorato de Potássio e ligante (Mg/KClO4); 4- Boro, Nitrato de Potássio e ligante (B/KNO3); 5- Alumínio, Perclorato de Potássio e ligante (Al/KClO4 ou Alclo). No experimento mais importante realizado neste trabalho, o ensaio de queima no banco de prova com quatro micropropulsores, os ignitores carregados com granulados de B/KNO3 e pastilhas de Al/KClO4 apresentaram o melhor desempenho entre todas as amostras ensaiadas, com dispersão na ordem de 35 ms.

Capes; Fundação Araucária / Este estudo consiste na avaliação do desempenho simulado de um sistema conjunto gaseificador-motor, como alternativa para a produção de potência mecânica e/ou eletricidade a partir do uso de combustíveis fósseis e renováveis. Para tal, escolheu-se um gaseificador de leito fluidizado circulante, operando com dois tipos de biomassa lignocelulósica característicos da região Sul do Brasil, além de carvão mineral e resíduos domésticos. O modelo de gaseificação selecionado baseou-se no método não-estequiométrico da minimização da energia livre de Gibbs, com modificações referentes a correlações semi-empíricas encontradas na literatura, para correção da composição encontrada de carbono não-convertido e metano na fase de pirólise. Com esse modelo, aplicado na faixa de razão de equivalência de 0,22 a 0,54, pôde-se obter a composição do gás combustível produzido no reator, bem como algumas das suas propriedades, como densidade e poder calorífico. Essas propriedades obtidas para o gás combustível puderam ser utilizadas na simulação da operação de um motor de ignição por centelha marca FIAT, com cilindrada de 2,0 L e cinco cilindros. Para o motor, optou-se por um modelo zero-dimensional não-adiabático de liberação finita de calor, de forma a avaliar seu desempenho em relação a potência, torque e consumo específico. Em posse desses parâmetros, também foi possível avaliar o rendimento global do sistema gaseificador-motor escolhido para cada tipo de combustível utilizado. A validação por comparação dos resultados obtidos a partir dos modelos adotados, quando realizada por separado no gaseificador e no motor de combustão interna, mostra que os dados experimentais da literatura se ajustam relativamente bem. A quantidade total de gás produzida pelo gaseificador abriu a possibilidade da operação simultânea com vários motores, obtendo-se uma potência máxima total ao freio de 103,3 kW para casca de arroz com o uso de 6 motores, 207,7 kW para serragem de pinus com o uso de 9 motores, 194,3 kW para carvão mineral com o uso de 8 motores, e 343,6 kW para lixo doméstico com o uso de 20 motores, sempre com os motores operando em paralelo. As curvas de torque e de consumo específico por motor seguiram a tendência esperada, obtendo-se o maior torque com o uso de carvão mineral e o menor consumo específico também com carvão. Dessa forma, obteve-se uma eficiência global máxima do sistema de potência de 14,0% para casca de arroz, 18,6% para serragem de pinus, 21,0% para carvão mineral, e 28,2% para lixo doméstico, resultados que se encontram dentro da faixa reportada em trabalhos prévios. / In this study, the simulated performance of a combined gasifier-engine system operated with fossil and renewable fuels was carried out. A circulating fluidized bed gasifier fed with two kinds of very common lignocellulosic biomass available at Southern Brazil, as well as with coal and municipal solid waste were chosen to produce the fuel gas. The gasification model was based on the non-stoichiometric method of Gibbs free energy minimization, including modifications regarding semi-empirical correlations found in literature, in order to correct the gas yield calculated for non-converted carbon and methane from pyrolysis. By applying this model with equivalence ratio varying from 0.2 to 0.54, it was possible to obtain the composition of the fuel gas, as well as some of its properties, such as density and heating value. These properties were used to simulate the operation of a 2.0 L, 5-cylinder spark-ignited FIAT engine. For this engine, a zero-dimensional, non-adiabatic, finite heat release model was chosen in order to assess its performance regarding power, torque and specific fuel consumption. From these results, it was possible to evaluate the overall performance of the gasifier-engine power system for each kind of solid fuel used. The validation by comparison of the data obtained from the gasification model, as well as from the engine model, has shown good agreement with those available in previous works. The producer gas yield was always higher than the amount of gas consumed by a single engine, making it possible to obtain maximum brake power of 103.6 kW for rice husk with 6 engines, 207.7 kW for pine sawdust with 9 engines, 194.3 kW for coal with 8 engines, and 343,6 kW for municipal solid waste with 20 engines, always in parallel setup. The consumption and torque curves have shown the expected behaviour, with both best results being obtained for coal. Therefore, the maximum overall performance of the power system was 14.0% for rice husk, 18.6% for pine sawdust, 21.0% for coal, and 28.2% for municipal solid waste, which was in agreement with results from previous studies.

Capes; Fundação Araucária / Este estudo consiste na avaliação do desempenho simulado de um sistema conjunto gaseificador-motor, como alternativa para a produção de potência mecânica e/ou eletricidade a partir do uso de combustíveis fósseis e renováveis. Para tal, escolheu-se um gaseificador de leito fluidizado circulante, operando com dois tipos de biomassa lignocelulósica característicos da região Sul do Brasil, além de carvão mineral e resíduos domésticos. O modelo de gaseificação selecionado baseou-se no método não-estequiométrico da minimização da energia livre de Gibbs, com modificações referentes a correlações semi-empíricas encontradas na literatura, para correção da composição encontrada de carbono não-convertido e metano na fase de pirólise. Com esse modelo, aplicado na faixa de razão de equivalência de 0,22 a 0,54, pôde-se obter a composição do gás combustível produzido no reator, bem como algumas das suas propriedades, como densidade e poder calorífico. Essas propriedades obtidas para o gás combustível puderam ser utilizadas na simulação da operação de um motor de ignição por centelha marca FIAT, com cilindrada de 2,0 L e cinco cilindros. Para o motor, optou-se por um modelo zero-dimensional não-adiabático de liberação finita de calor, de forma a avaliar seu desempenho em relação a potência, torque e consumo específico. Em posse desses parâmetros, também foi possível avaliar o rendimento global do sistema gaseificador-motor escolhido para cada tipo de combustível utilizado. A validação por comparação dos resultados obtidos a partir dos modelos adotados, quando realizada por separado no gaseificador e no motor de combustão interna, mostra que os dados experimentais da literatura se ajustam relativamente bem. A quantidade total de gás produzida pelo gaseificador abriu a possibilidade da operação simultânea com vários motores, obtendo-se uma potência máxima total ao freio de 103,3 kW para casca de arroz com o uso de 6 motores, 207,7 kW para serragem de pinus com o uso de 9 motores, 194,3 kW para carvão mineral com o uso de 8 motores, e 343,6 kW para lixo doméstico com o uso de 20 motores, sempre com os motores operando em paralelo. As curvas de torque e de consumo específico por motor seguiram a tendência esperada, obtendo-se o maior torque com o uso de carvão mineral e o menor consumo específico também com carvão. Dessa forma, obteve-se uma eficiência global máxima do sistema de potência de 14,0% para casca de arroz, 18,6% para serragem de pinus, 21,0% para carvão mineral, e 28,2% para lixo doméstico, resultados que se encontram dentro da faixa reportada em trabalhos prévios. / In this study, the simulated performance of a combined gasifier-engine system operated with fossil and renewable fuels was carried out. A circulating fluidized bed gasifier fed with two kinds of very common lignocellulosic biomass available at Southern Brazil, as well as with coal and municipal solid waste were chosen to produce the fuel gas. The gasification model was based on the non-stoichiometric method of Gibbs free energy minimization, including modifications regarding semi-empirical correlations found in literature, in order to correct the gas yield calculated for non-converted carbon and methane from pyrolysis. By applying this model with equivalence ratio varying from 0.2 to 0.54, it was possible to obtain the composition of the fuel gas, as well as some of its properties, such as density and heating value. These properties were used to simulate the operation of a 2.0 L, 5-cylinder spark-ignited FIAT engine. For this engine, a zero-dimensional, non-adiabatic, finite heat release model was chosen in order to assess its performance regarding power, torque and specific fuel consumption. From these results, it was possible to evaluate the overall performance of the gasifier-engine power system for each kind of solid fuel used. The validation by comparison of the data obtained from the gasification model, as well as from the engine model, has shown good agreement with those available in previous works. The producer gas yield was always higher than the amount of gas consumed by a single engine, making it possible to obtain maximum brake power of 103.6 kW for rice husk with 6 engines, 207.7 kW for pine sawdust with 9 engines, 194.3 kW for coal with 8 engines, and 343,6 kW for municipal solid waste with 20 engines, always in parallel setup. The consumption and torque curves have shown the expected behaviour, with both best results being obtained for coal. Therefore, the maximum overall performance of the power system was 14.0% for rice husk, 18.6% for pine sawdust, 21.0% for coal, and 28.2% for municipal solid waste, which was in agreement with results from previous studies.

Nos últimos anos o principal desafio da humanidade foi a substituição total ou parcial dos combustíveis fósseis que são responsáveis pelas mudanças climáticas e contribuem para a formação dos gases do efeito estufa. Como alternativa, os combustíveis renováveis - denominados biocombustíveis - têm se tornado uma alternativa viável. Este trabalho investigou o comportamento térmico e a energia de ativação de dois biocombustíveis (farnesano e biodiesel de soja) e suas misturas com diesel fóssil. Além disso, foram feitos estudos comparativos de comportamento térmico e energia de ativação entre todos os combustíveis. Os estudos foram feitos empregando-se análise termogravimétrica (TGA) sob atmosfera de ar sintético. As condições experimentais para os testes termogravimétricos foram: massa das amostras de 4,0 ± 0,5 mg, razões de aquecimento de 5, 10, 15, 20 e 25ºC min-1 e faixa de temperatura entre 30ºC e 400ºC. Outras técnicas, tais como calorimetria, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC - \"Differential Scanning Calorimetry\") e testes em motor diesel OM 926 LA CONAMA P7/EURO 5 também foram aplicadas para se avaliar o comportamento térmico destes combustíveis. Os valores de poder calorífico superior (PCS) para o farnesano, diesel fóssil e biodiesel são 46,9 MJ/kg, 45,3 MJ/kg e 39,7 MJ/kg, respectivamente. Os experimentos no motor diesel mostraram uma economia de 3% para o farnesano e um consumo de 14,25 % para o biodiesel em relação ao diesel fóssil. Em média, os valores de energia de ativação para os combustíveis puros encontrados neste estudo foram de 82,20 ± 3,38 kJ mol-1, 86,61 ± 8,48 kJ mol-1 e 96,61 ± 3,74 kJ mol-1 para farnesano, diesel fóssil e biodiesel de soja, respectivamente. Como a energia de ativação está diretamente relacionada com o atraso de ignição e, consequentemente, ao processo de combustão, o farnesano apresentou uma melhor qualidade de combustão em relação ao biodiesel de soja. Por meio das emissões obtidas nos testes European Stationary Cycle test (ESC) com a utilização do motor diesel foi possível obter correlações lineares entre energia de ativação e as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC) e correlações polinomiais entre energia de ativação e as emissões de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e material particulado (MP). A adição de biodiesel de soja ao diesel provocou um aumento das emissões tanto para o NOx quanto para o HC em até 21,29% e 19,31%, respectivamente, e queda nas emissões de CO, CO2 e MP em até 33,44%, 2,44% e 47,37%, respectivamente. Por outro lado, a adição de farnesano ao diesel proporcionou uma diminuição de todas as emissões, ou seja, 11,22 %, 15,67%, 15,09%, 4,66% e 6,14% para NOx, HC, CO, CO2 e MP, respectivamente. A partir dos resultados obtidos neste estudo é possível entender o comportamento dos combustíveis durante suas respectivas queimas tendo como base as suas energias de ativação. / In recent years, the main challenge of the humanity was the total or partial replacement of fossil fuels, which are responsible for both the climate changes and the production of greenhouse gases. As an alternative, renewable fuels - named biofuels - have become viable. This study investigated the thermal behavior and the activation energy of two biofuels (farnesane and soybean biodiesel) and their mixture with fossil fuel. In addition, the thermal behavior of the biofuels and their mixtures with fossil fuel were compared with pure fossil diesel. Experiments were performed applying thermogravimetric analysis (TGA) under synthetic air atmosphere and other conditions such as, sample mass of 4,0 ± 0,5 mg, heating ratios of 5, 10, 15, 20 and 25 °C min-1 and temperature range between 30ºC and 400°C. In addition, calorimetry, differential scanning calorimetry (DSC) and experiments in a diesel engine OM 926 LA CONAMA P7 / EURO 5 were applied. Calorific value (CV) of the farnesane, biodiesel and fossil diesel are 46.9 MJ kg-1, 45.3 MJ kg-1 and 39.7 MJ kg-1, respectively. Experiments in the engine showed a fuel saving of 3% for farnesane and an increase consumption of 14.24 % for biodiesel, compared to fossil diesel. On average, the values of activation energy for pure fuels determined in this study were 82.20 ± 3.38 kJ mol-1, 86.61 ± 8.48 kJ mol-1 and 96.61 ± 3.74 kJ mol-1 for farnesane, fossil diesel and soybean biodiesel, respectively. As the activation energy is directly related to the ignition delay and hence the combustion process, it was observed that farnesane presented a better quality of combustion in comparison to the biodiesel. By means of the emissions obtained by the European Stationary Cycle test (ESC) in the diesel engine, it was possible to observe linear correlations between activation energy for both nitrogen oxide (NOx) and hydrocarbon (HC) emissions, and polynomial correlations between activation energy and carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and particulate matter (PM) emissions. The addition of soybean biodiesel to the diesel promoted an increase of both NOx and HC emissions in 1.29% and 19.31%, respectively and a decrease of 33.44%, 2.44% and 47.37% for CO, CO2 and PM emissions, respectively. On the other hand, the addition of farnesane to the fossil diesel, a reduction in all emissions were observed, i.e, 11.22%, 16.67%, 15.09%, 4.66%, 6.14%. of NOx, HC, CO, CO2 and PM, respectively. From the results obtained in this study, it is possible to understand the behavior and the emissions of the fuels produced during their burning based on their activation energies.

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2018-09-21T18:57:27Z No. of bitstreams: 2 Paulo_Paiva_2018.pdf: 1808822 bytes, checksum: b60c2ed8673a5040b72da406c4cb66fd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-21T18:57:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Paulo_Paiva_2018.pdf: 1808822 bytes, checksum: b60c2ed8673a5040b72da406c4cb66fd (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The tractor is the most used agricultural machine in the wide range of operations existing in the rural properties; being a source of mechanical energy for the operations, in which it is made available through the motor, this machine converts thermal energy into mechanics. In this context, the objective of this research was to evaluate the performance of the engine of an agricultural tractor using pure A-S500 diesel, binary (diesel-biodiesel) and ternary (diesel-biodiesel-ethanol) blends. In the case of a mechanical diesel fuel cycle engine, the injection time, known as the injection point, was also modified by changing it by 2 ° (P2), 4 ° (P4) and -2 ° (P-2), before and after the reference point of 0 ° (P0) (original of the motor), so that this moment is advanced and delayed in relation to the original. To evaluate the mechanical performance of the tractor, the data collected in this research were based on the use of a Foucault chain dynamometer coupled to the power take-off, in which the proposed diesel-biodiesel proportions were: B0, B8, B15 and B20, in (E0) and tests using the 1% (E1) ratio of this same substance. The dynamometric tests were performed with four replicates. As reference for the test and the analyzes was applied the condition B0P0E0, with 0.14% more B0P2E0 presented the best value for maximum power, B0E0P0 and B0E1P0 had the best torque values, in specific consumption B15E0P2 had a reduction of 17, 0%, already in consumption hour P-2 had better results being 10.1% of reduction. P-2 was the point of injection with better indexes of IE, RT and RR. / O trator é a máquina agrícola mais utilizada na grande gama de operações existentes nas propriedades rurais; sendo uma fonte de energia mecânica para as operações, na qual é disponibilizada por meio do motor, esta máquina converte energia térmica em mecânica. Neste contexto, esta pesquisa teve como objetivo avaliar o desempenho do motor de um trator agrícola, utilizando como combustíveis: o diesel puro A-S500, misturas binárias (diesel-biodiesel) e ternárias (diesel-biodiesel-etanol). E se tratando de um motor ciclo diesel de alimentação de combustível mecânica, o momento de injeção, conhecido como ponto de injeção também foi modificado, alterando-o em uma ordem de 2°(P2), 4°(P4) e -2°(P-2), antes e após ao ponto de referência de 0°(P0) (original do motor), sendo assim este momento adiantado e atrasado em relação ao original. Para avaliar o desempenho mecânico do trator, os dados coletados nesta pesquisa foram embasados na utilização de um dinamômetro de correntes de Foucault acoplado à tomada de potência, em que as proporções binarias diesel–biodiesel propostas foram: B0, B8, B15 e B20, nas quais ocorreram ensaios sem utilização de etanol (E0) e ensaios utilizando a proporção de 1%(E1) desta mesma substância. Os ensaios dinamométricos ocorreram com quarto repetições. Como referencial para o ensaio e as análises foi aplicado a condição B0P0E0, com 0,14% a mais B0P2E0 apresentou o melhor valor para potência máxima, B0E0P0 e B0E1P0 tiveram os melhores valores de torque, em consumo especifico B15E0P2 teve uma redução de 17,0%, já em consumo horário P-2 teve melhores resultados sendo 10,1% de redução.P-2 foi o ponto de injeçao com melhores índices de IE, RT e RR.