Proveniente das atividades de mineração, a drenagem ácida de minas (DAM) é uma solução aquosa caracterizada por valores de pH menores que 3 e diversidade de metais dissolvidos com concentrações que variam de 100 a 300mg.L-1, representa riscos ambientais, em especial, impactos hídricos, em conseqüência da solubilização e mobilização de metais pesados. A pesquisa por novos processos de tratamento de efluentes contaminados com metais tem focado sua atenção na capacidade que certos materiais biológicos têm de fixar íons metálicos. A biossorção é um processo vantajoso quando comparado aos tratamentos convencionais porque não requer custos de investimento e operação, é um processo rápido e pode ser seletivo, além disso, o metal pode ser recuperado e o biossorvente reutilizado. Rhodococcus opacus é uma bactéria, gram-positiva, não patogênica, de fácil aquisição que apresenta em sua parede celular compostos que lhe conferem hidrofobicidade, características que tornam esta espécie microbiana um potencial agente de sorção. O objetivo deste trabalho é avaliar a capacidade do Rhodococcus opacus como biossorvente destinado ao tratamento da drenagem ácida de minas proveniente da mineração de carvão. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos metais pelo Rhodococcus opacus foram avaliados através da medida de potencial zeta, análise de espectroscopia de infravermelho e análise de imagens obtidas no icroscópio eletrônico de varredura (MEV). A porcentagem de metais presentes na composição das células de Rhodococcus opacus foi obtida através do ensaio de erda ao fogo e é de aproximadamente 1,8%. O equilíbrio do processo biossortivo em sistema multimetálico foi atingido em cerca de 1minuto, captando 48,2mg.g-¹ o que correspondo a aproximadamente 11,7% de remoção. O PIE da Rhodococcus opacus ocorreu em pH próximo a 2,6. / Originating from mining and mineral industry activities, the acid mine drainage (AMD) is an aqueous solution with pH lower than 3 and diversity of dissolved metals, with concentrations about 100 to 300mg.L-1, leads to serious environmental problems, specially on acquatic ecosystems, due to the solubilization of heavy metals. The search for new technologies on the treatment of effluents contaminated with metals is focused on some biological materials capacity of binding metallic ions. Treatment by biosorption is worthwhile when compared with conventional processes because it does not require high investiments, it is faster, metals can be recovered and biosorbent can be regenerated. Rhodococcus opacus is a gram-positive, nonpathogenic bacteria, that is easily obtained. Its hydrophobicity is due to compounds present in its surface. Such characteristics turn these microorganisms into a potential sorption agent. This paper aims to evaluate the Rhodococcus opacus capacity as a biosorbent in AMD treatment by batch experiments. The characteristics of the microorganism surface and the involved interaction mechanisms in the heavy metals sorption by Rhodococcus opacus, was evaluated based in the potential zeta measurements, infrared spectroscopy and electron microscopy scanning analysis. The metals percentage present in the composition of Rhodococcus opacus cells was obtained by loss on ignation technique, and was approximately 1.8%. The equilibrium of biosorptive process in the multi-metallic system was achieved at about 1 minute, uptake 48.2mg.g-1 corresponding to approximately 11.7% of removal. The Rhodococcus opacus IEP occurred at pH around 2.6.

De acordo com Babu et al. (2015), o carvão mineral é um importante recurso natural devido à sua aplicação em várias atividades econômicas, como geração de energia, produção de aço, fabricação de cimento e produção de combustível líquido. Em função do custo e da baixa qualidade do carvão brasileiro (não coqueificável, na maioria das reservas, com elevado teor de cinzas e baixo poder calorífico), como apontado por Süffert (1997), as empresas brasileiras dos setores siderúrgico e termoelétrico necessitam importar este insumo, por via marítima. O desafio no planejamento da logística de suprimento desta matéria prima é garantir o abastecimento ao mínimo custo de estoque e de espera dos navios. A garantia de abastecimento passa por uma programação adequada da chegada e descarga dos navios. Quando a descarga de navios é uma operação gargalo, é necessário maior cuidado com a programação de recebimento, de maneira com que não haja atrasos, que causem a falta de produto, nem em muita antecipação, que podem significar excessivos tempo de fila para recebimento do material por falta de área para estocagem. Com o objetivo de se programar adequadamente a chegada de navios, de forma a evitar filas muito grandes e desabastecimento foi proposto um modelo de programação de chegada de navios, com base nos dados do complexo de Pecém. Este modelo proposto utilizou um buffer de tempo pré-determinado, que foi testado e validado através de simulação, com objetivo de minimizar os atrasos, de forma que possam ser absorvidos por um estoque de segurança, e as antecipações, de forma que não haja risco de falta de área de estocagem. / According to Babu et al. (2015), coal is an important natural resource due to its application in various economic activities, such as power generation, steel production, cement manufacturing and liquid fuel production. Due to the cost and low quality of Brazilian coal (not coking, in most reserves, with high ash content and low calorific value), as pointed out by Süffert (1997), Brazilian companies in the steel and thermoelectric sectors need to import this input, by sea. The challenge in planning the logistics of supply of this raw material is to guarantee the supply at the minimum cost of inventory and waiting of the ships. The supply guarantee is subject to adequate scheduling of arrival and unloading of ships. When ship unloading is a bottleneck operation, greater care is required with the scheduling of receipt, so that there are no delays, which cause the lack of product, or in much anticipation, that can mean excessive queue time for receiving the shipment material for lack of storage area. In order to properly program, the arrival of ships, in order to avoid very large queues and shortage, a model for the arrival of ships was proposed, based on data from the Pecém complex. This proposed model used a pre-determined time buffer, which was tested and validated through simulation, in order to minimize the delays, so that they can be absorved by a security stock, and the anticipations, so that there is no risk lack of storage area.

A lixiviação de elementos tóxicos presentes nas cinzas de carvão causa contaminação no meio ambiente e é, por isso, motivo de grande preocupação. Ensaios em batelada e em coluna de leito fixo foram realizados para avaliar a estabilização de As, Cr, Mo e Se em cinzas leve de carvão modificadas com orgânosilano (OS) e surfactante de amônio quaternário (SF). As cinzas leve utilizadas foram coletadas na Usina Termelétrica da Figueira, localizada na cidade de Figueira, Estado do Paraná. Nos ensaios em batelada, em primeiro lugar, avaliou-se a influência da relação massa de cinzas/volume de água na concentração dos elementos lixiviados das cinzas não tratadas. Posteriormente, determinou-se o pH, a condutividade e as capacidades de imobilização dos elementos tóxicos presentes nas cinzas após a modificação. As reduções de concentração usando OS foram de 89%, 77%, 42% e 11% para Cr, Mo, As e Se, respectivamente. Quando SF foi utilizado para o tratamento das cinzas, a redução de concentração nos lixiviados foi superior a 60% para todos os elementos. As cinzas tratadas foram caracterizadas em relação ao ponto de carga zero, morfologia, grupos funcionais, mineralogia e hidrofobicidade. As superfícies das cinzas tratadas com OS e SF apresentaram carga superficial positiva em água. A composição mineralógica e a morfologia das cinzas não foram alteradas após o tratamento, enquanto mudanças nos grupos funcionais foram observadas. Esse resultado corroborou com o observado nos testes de hidrofobicidade onde, as cinzas tratadas com OS e SF na proporção 1:10 foram classificadas como material extremamente hidrofóbico e na proporção 1:100 foram classificadas como material fortemente hidrofóbico, confirmando que foi efetivo o tratamento das cinzas com os agentes imobilizadores. Na segunda etapa do estudo foram realizados três ensaios de lixiviação em colunas contendo cinzas de carvão e solo coletado na região da Usina Termelétrica da Figueira. Nos ensaios foram usadas cinzas não tratadas, cinzas tratadas com OS e cinzas tratadas com SF nas diluições de maior efetividade selecionadas pelos ensaios em batelada. Nas colunas foi aplicado um volume de chuva ácida sintética simulando a precipitação que ocorre na região. Na coluna com cinzas tratadas com OS ocorreu redução considerável na concentração de As e principalmente do Cr. Após o tratamento com SF, as concentrações de As e Cr reduziram aproximadamente 30%. Em ambos os tratamentos, as concentrações de Mo e Se também foram reduzidas. Os resultados evidenciaram que tanto o orgânosilano, quanto o surfactante podem ser utilizados como agentes imobilizadores para a retenção de elementos tóxicos presentes em cinzas de carvão. / The leaching of toxic elements in coal ash causes contamination of the environment and is therefore of great concern. Batch and column tests were performed to evaluate the stabilization of As, Cr, Mo and Se in fly ash modified with organosilane (OS) and quaternary ammonium surfactant (SF). The fly ashes used were collected at the Figueira Thermoelectric Plant, located in the city of Figueira, State of Paraná. In the batch tests, first, the influence of ash / volume ratio on the concentration of the leached elements of the untreated ash was evaluated. Subsequently, the pH, conductivity and immobilization capacities of the toxic elements present in the ashes after the modification were determined. The reductions in the concentrations of toxic elements using OS were 89%, 77%, 42% and 11% for Cr, Mo, As and Se, respectively. When SF was used for ash treatment, the concentration reduction in the leachates was greater than 60% for all elements. The treated ash was characterized in relation to zero charge point, morphology, functional groups, mineralogy and hydrophobicity. OS and SF treated ash surfaces showed a positive surface charge in water. The mineral composition an morphology of the ashes was not altered after treatment, while changes in the functional groups were observed. This result corroborated with that observed in the hydrophobicity tests, where ashes treated with OS and SF in the proportion 1:10 were classified as extremely hydrophobic material and in the proportion 1: 100 were classified as strongly hydrophobic material, confirming that the treatment of the ashes with immobilizing agents were efficient. In the second stage of the study three leaching tests were carried out on columns containing coal ash and soil collected in the Figueira Thermoelectric Power Plant region. In the tests, untreated fly ash, OS treated fly ash and SF treated fly ash were used at the most effective dilutions selected by batch tests. In the columns a synthetic acid rain was applied simulating the precipitation that occurs in the region. In the column with ash treated with OS there was a considerable reduction in the concentration of As and especially of Cr. After treatment with SF, concentrations of As and Cr reduced approximately 30%. In both treatments, the concentrations of Mo and Se were also reduced. The results showed that both the organosilane and the surfactant can be used as immobilizers for the retention of toxic elements present in coal ash.

As indústrias lançam diversos poluentes no meio ambiente. Dentre os poluentes destacam-se os elementos tóxicos presentes em efluentes líquidos por acarretarem alto risco potencial à saúde humana e ao meio ambiente. Os efluentes podem ser tratados por materiais adsorventes, os quais podem ser provindos de resíduos industriais. Uma forma de contribuir significativamente na sustentabilidade de uma indústria é a transformação de um de seus resíduos em sub-produto de valor agregado para aplicação no tratamento de seus efluentes líquidos como adsorvente de baixo custo. O objetivo deste trabalho foi sintetizar, e caracterizar zeólitas de cinzas de carvão e avaliar sua aplicação como material adsorvente no tratamento de efluente. Os materiais zeolíticos derivados de três tipos diferentes de cinzas de carvão (cinzas manga, cinzas ciclone e cinzas pesadas) geradas na usina termelétrica de Figueira-PR foram usados para tratar o lixiviado do aterro de cinzas de carvão da mesma usina. As seguintes características das zeólitas foram determinadas: composição mineralógica, composição química, teor de carbono total, análise morfológica, área superficial específica, capacidade de troca catiônica (CTC), perda ao fogo, pH, condutividade e densidade aparente. A fase zeolítica formada foi do tipo sodalita com as três amostras usadas como matéria prima após ativação hidrotérmica alcalina. O material zeolítico de cinzas manga apresentou a menor relação SiO2/Al2O3 (1,46), maior CTC (2,36 meq g-1) e área superficial específica (69,5 m2 g-1) e, consequentemente, maior capacidade de remoção dos íons do efluente. As concentrações de As e Cr estavam acima do padrão de lançamento de efluentes. As três amostras de materiais zeolíticos apresentaram uma remoção significativa de Ni, Cd, Zn e Co na dose de 10 g.L-1. Os materiais zeolíticos das cinzas manga e ciclone foram eficientes para reduzir a concentração de As abaixo do limite imposto pela legislação, enquanto a remoção do Cr não foi efetiva com nenhum dos materiais. Na segunda etapa do trabalho, as zeólitas foram modificadas com o surfactante brometo de hexadeciltrimetilamônio (HTDMA-Br) em concentrações de 1,8 e 20 mmol L-1. A modificação das zeólitas não melhorou a eficiência de remoção do As. A remoção do Cr usando a amostra de zeólita de cinzas manga modificada com HDTMA-Br 20 mmol L-1 resultou em uma concentração final muito próxima ao limite permitido pela legislação. / The industries release various types of pollutants into to the environment. Among these pollutants are the liquid effluents containing toxic elements, they carry a high potential risk to human health and the environment. Some effluents can be treated by adsorbent materials, which can be made from industrial waste. One way to contribute significantly to the sustainability of an industry is to transform one of its residues into a value-added by-product and use in the treatment of its own liquid effluents as a low cost adsorbent. The objective of this estudy was to synthesize and characterize coal ash zeolites and evaluate their application as adsorbent material in the treatment of effluent. Zeolite materials derived from three different types of coal ash (fly ashes, cyclone ashes and heavy ashes) generated at the Figueira-PR thermoelectric plant were used to treat leachate from the coal ash landfill of the same plant. The following zeolite characteristics were determined: mineralogical composition, chemical composition, total carbon content, morphological analysis, specific surface area, cation exchange capacity (CTC), fire loss, pH, conductivity and bulk density. The zeolite phase formed with the three samples used as raw material after alkaline hydrothermal activation was sodalite. The zeolite material from fly ash had the lowest SiO2/Al2O3 ratio (1.46), higher CTC (2.36 meq g-1) and specific surface area (69.5 m2 g-1) and, consequently, greater effluent removal capacity. The As and Cr concentrations were above the effluent discharge standard. The three samples of zeolitic materials showed a significant removal of Ni, Cd, Zn and Co in the dose of 10 g L-1. The zeolite materials from fly and cyclone ash were efficient to reduce As concentrations below the limit imposed by legislation, while removal of Cr was not effective with any of the materials. In the second stage of the study, the zeolites were modified with the surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (HTDMA-Br) in concentrations of 1.8 and 20 mmol.L-1. The zeolite removal efficiency of As did not improve after its modification. Removal of Cr using the 20 mmol.L-1 modified HDTMA-Br modified fly ash zeolite sample resulted in a final concentration very close to the limit allowed by the legislation.

A arte de dimensionar pilares em minas subterrâneas de carvão tem sido objeto de pesquisa há mais de 100 anos no mundo inteiro. A maioria dos métodos de dimensionamento de pilares para a lavra segundo o método \"câmara e pilares\" se vale de parâmetros de resistência e geométricos das camadas de carvão. A resistência in situ da camada de carvão (S1) é um desses parâmetros. No Brasil, na Bacia Carbonífera Sul-Catarinense, uma nova camada de carvão, a Bonito, passou a ser minerada em volume considerável a partir da década de 1990. A sua resistência in situ ainda hoje é uma incógnita. Tendo como campo experimental a camada de carvão Bonito presente na mina Fontanella, no município de Treviso - SC, foram desenvolvidos diferentes estudos de laboratório e em subsolo, visando à caracterização mecânica, estrutural e geofísica dessa camada. Adicionalmente, foram realizadas investigações sobre uma segunda camada de carvão, a Irapuá, já relativamente conhecida, presente em outras duas minas na mesma bacia carbonífera. Os estudos realizados serviram de base para a proposição de uma nova metodologia para a estimativa da resistência à compressão uniaxial in situ de camadas de carvão (S1), levando em consideração a resistência de laboratório e informações geofísicas de laboratório e in situ. Com o uso da nova metodologia, são propostos valores de resistência à compressão uniaxial in situ da camada de carvão Bonito, para diferentes condições geológico-estruturais observadas na mina Fontanella, e para a camada Irapuá, nas minas Morozini Norte e Santa Augusta Norte. / Researchers in all over the world have spent a lot of time in developing techniques for pillar design in coal underground mines that use room and pillar method. Almost all the available methods are based on strength and geometric parameters of the coal seam. One of the most important is the coal seam in situ strength (S1). In Brazil, at Sul-Catarinense Carboniferous basin, a new coal seam (Bonito seam) is being mined since the last decade. Many instability problems have occured during mining. The coal seam strength is not very well known so far. Using the Bonito seam present at Fontanella mine in Treviso - SC, different studies were performed in laboratory and in situ. In adition, another coal seam, Irapuá, was also studied. The compilation of data at different sites was used to propose a new approach to estimates of the in situ uniaxial compressive strength of coal seams (S1) using three parameters. The uniaxial compressive strength and compressional wave ultra sonic velocity are determined in laboratory using small samples, while seismic velocity is measured in large scale conditions directly at the coal seam in situ. Using the new approach, values for in situ strength at Fontanella mine are proposed and also for two mines at Irapuá coal seam, Morozini Norte and Santa Augusta Norte.

O carvão mineral apresenta-se como uma importante alternativa para geração termoelétrica no Brasil. Os carvões brasileiros, porém, são caracterizados por elevados teores de enxofre, e na sua combustão libera-se consideráveis de quantidades dióxido de enxofre. O processo de combustão em leito fluidizado apresenta-se particularmente adequado para a queima destes carvões, notadamente devido à possibilidade da utilização de absorventes calcários para remoção in loco do dióxido de enxofre produzido na combustão. Neste trabalho estudou-se a combustão em leito fluidizado atmosférico borbulhante de um carvão mineral beneficiado para uso termoelétrico denominado CE4500, procedente de Criciúma-SC. Para absorção de enxofre utilizou-se um calcário dolomítico procedente de Ipeúna-SP. Utilizou-se a planta piloto para combustão em leito fluidizado do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos da EESC-USP, com câmara de combustão de 0,5 x 0,5 m de seção transversal e 3 m de altura. Ensaios foram realizados para diferentes velocidades de fluidização e relações (Ca+Mg)/S de alimentação. Concentrações de gases foram medidas ao longo da altura e da seção transversal do reator, permitindo verificar a homogeneidade do processo, além do efeito dos pontos de alimentação de carvão e calcário sobre esta homogeneidade. Determinou-se conversões e coeficientes globais de taxa de reação para a combustão do carvão e para a sulfatação do calcário. Avalia-se que os resultados obtidos representam uma significativa contribuição para auxílio ao projeto de reatores, e para a validação de modelos matemáticos de simulação. / Mineral coal stands as an important alternative for thermoelectric power generation in Brazil. Brazilian coals, however, are characterized by high sulfur contents, and significant amounts of sulfur dioxide are produced in its combustion. The fluidized bed combustion process is particularly suitable for burning those coals, notably due to the possibility of using limestone absorbents to in loco remove the sulfur dioxide produced in the combustion. In this work the atmospheric bubbling fluidized bed combustion of a mineral coal was studied, which is a benefited coal for thermoelectric use named CE4500, from Criciúma-SC. A dolomitic limestone from Ipeúna-SP was used for sulfur absorption. The pilot scale fludized bed combustion plant of the Laboratory of Thermal and Fluids Engineering of EESC-USP was used, which has a combustion chamber of 0.5 x 0.5 m of cross section and is 3 m high. Tests were performed for different fluidization velocities and (Ca+Mg)/S feed ratios. Gas concentrations were measured along the height and the cross section of the reactor, allowing to verify the process homogeneity, besides the effect of the coal and limestone feeding points over this homogeneity. Conversions and global reaction rates were determined for both coal combustion and absorption by limestone. It is evaluated that the results that were obtained represent a significant contribution regarding reactor design as well as modeling validation.

No presente estudo obteve-se com sucesso o compósito zeólita:magnetita usando-se como material de partida sulfato ferroso para síntese da magnetita e cinzas leves de carvão para síntese da fase zeolítica. A zeólita foi sintetizada por tratamento hidrotérmico alcalino e as nanopartículas de magnetita foram obtidas pela precipitação de íons Fe2+ em uma solução alcalina. Uma reprodutibilidade foi alcançada na preparação de diferentes amostras do nanocompósito zeolítico. O material foi caracterizado pelas técnicas de espectrometria de Infravermelho, difratometria de raios-X de pó, fluorescência de raios-X, microscopia eletrônica de varredura com a técnica de EDS, massa especifícia e área específica e por outras propriedades físico-químicas. O compósito era constituído pelas fases zeolíticas hidroxisodalita e NaP1, magnetita, quartzo e mulita das cinzas remanescentes do tratamento alcalino e magnetita incorporada na sua estrutura. A capacidade de remoção de U(VI) de soluções aquosas sobre o compósito zeólita:magnetita foi avaliada pela técnica descontínua. Os efeitos do tempo de contato e da concentração inicial do adsorbato sobre a adsorção foram avaliados. Determinou-se o tempo de equilíbrio do sistema e foram avaliados os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e o modelo de difusão intrapartícula. Um tempo de contato de 120 min foi suficiente para a adsorção do íon uranilo alcançar o equilíbrio. A velocidade de adsorção seguiu o modelo cinético de pseudo-segunda-ordem, sendo que a difusão intrapartícula não era a etapa determinante do processo. Dois modelos de isotermas de adsorção, os modelos de Langmuir e de Freundlich, também foram avaliados. O modelo de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais. A partir do modelo cinético e da isoterma que melhor descreveram o comportamento do sistema foi possível calcular os valores teóricos para a capacidade máxima de adsorção do U(VI) sobre o compósito zeólita:magnetita. As capacidades máximas de remoção calculadas foram de 20,7 mg.g-1 pela isoterma de Langmuir e de 23,4 mg.g-1 pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. O valor experimental obtido foi 23,3 mg.g-1. / Within this work, a magnetic-zeolite composite was successfully synthesized using ferrous sulfate as raw material for the magnetic part of the composite, magnetite, and coal fly ash as raw material for the zeolitic phase. The synthesis of the zeolitic phase was made by alkali hydrothermal treatment and the magnetite nanoparticles were obtained through Fe2+ precipitation on alkali medium. The synthetic process was repeated many times and showed good reproducibility comparing the zeolitic nanocomposite from different batches. The final product was characterized using infrared spectroscopy, powder X-ray difraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy with coupled EDS. Specific mass, specific surface area and other physicochemical proprieties. The main crystaline phases found in the final product were magnetite, zeolites types NaP1 and hydroxysodalite, quartz and mulite, those last two remaing from the raw materials. Uranium removal capacity of the magnetic zeolite composite was tested using bathc techniques. The effects of contact time and initial concentration of the adsorbate over the adsorption process were evaluated. Equilibrium time was resolved and the following kinectics and difusion models were evaluated: pseudo-first order kinectic model, pseudo-second order kinectic model and intraparticule difusion model. A contact time of 120 min turned out to be enough to reach equilibrium of the adsorption process. The rate of adsorption followed the pseudo-second order model and the intraparticle diffusion didnt turned out to be a speed determinant step. Two adsorption isotherms models, the Langmuir model and the Freundlich model, were also evaluated. The Langmuir model was the best fit for the obtained experimental data. Using the best fitted adsorption isotherm and kinectic model, the theorical maximum adsorption capacity of uranium over the composite was determined for both models. The maximum removal capacity calculated was 20.7 mg.g-1 for the Langmuir isotherm and 23.4 mg.g-1 for the pseudo-second order model. The experimental value attained was 23,3 mg.g-1.

O carvão é um combustível mundialmente utilizado para geração termoelétrica de potência em larga escala. Seja qual for o equipamento utilizado para a queima do carvão, a taxa de reação depende de cinética química e de condições de transporte de massa. A cinética química é definida principalmente pela temperatura do processo, atmosfera reativa, composição química e estrutura física das partículas, e tamanho do particulado. O transporte de massa externo às partículas reativas depende da mecânica dos fluídos, e do tamanho e concentração de partículas. O transporte de massa interno às partículas reativas depende da mecânica dos fluidos do escoamento intra-partícula, e da estrutura física e tamanho das partículas. Esse trabalho visa contribuir para a evolução do conhecimento relativo à taxa de combustão intrínseca ou controlada por efeitos intra-partícula, para um carvão brasileiro CE4500 em particular. Desenvolve-se um estudo de combustão de carvão em experimentos termogravimétricos não isotérmicos, em atmosfera de ar. Avaliações do comportamento reativo são apresentadas tendo em vista a massa e tamanho de partícula da amostra, e a superfície BET e estrutura física do carvão e das cinzas. Coeficientes de taxa de reação intrínsecos são estabelecidos para combustão em condições identificadas como primária e secundária, a primeira levando em conta o efeito combinado de devolatização e combustão de carbono fixo, e a segunda levando em conta apenas a queima do carbono fixo. / Coal is a worldwide fuel for large scale thermoelectric power generation. Whatever the device used for burning coal, the ultimate reaction rate depends on chemical kinetics and mass transport conditions. Chemical kinetics is mainly defined by process temperature, reacting atmosphere, chemical composition and physical structure of the particles, and particulate size. Mass transport external to the reacting particules depends on fluid mechanics, and particulate size and concentration. Mass transport internal to the reacting particles depends on intra-particle fluid mechanics, physical structure of the particles and particulate size. This work aims to contribute for enhancing knowledge regarding the intrinsic or intra-particle controlled combustion rate of a particular CE4500 brazilian coal. A study is carried out regarding coal combustion in thermogravimetric non-isothermal experiments, in air atmosphere. Evaluations are performed on reaction behavior regarding the mass and particle size of the sample, and the BET surface area and the physical structure of the coal and the ashes. Intrinsic reaction rate coefficients are established for combustion in conditions identified as primary and secondary, the first accounting for the combined effect of devolatilization and fixed carbon combustion, and the second accounting for fixed carbon combustion alone.

A geração de energia em larga escala a partir da combustão de carvões minerais impõe pesados ônus ao meio ambiente devido às emissões de poluentes. O processo de combustão em leito fluidizado destaca-se neste contexto, permitindo reduções de emissões de gases \'SO IND.X\' e \'NO IND.X\' acima de de 90%. O projeto, otimização e escalonamento de reatores de leito fluidizado são realizados de forma quase completamente empírica, através de desenvolvimentos em plantas de demonstração de escalas reduzidas. Os custos e tempos de implementação envolvidos são elevadíssimos, tornando ferramentas teóricas de apoio altamente desejáveis. Neste trabalho, desenvolve-se a modelagem e simulação da combustão em leito fluidizado atmosférico borbulhante de carvão mineral com altos teores de cinzas e enxofre com dessulfuração por calcário, através de uma abordagem fenomenológica. Comparações das predições do modelo são realizadas com dados experimentais gerados na planta piloto do NETeF, e estudos paramétricos são realizados para avaliação das performances do reator. As comparações mostram concordâncias e discrepâncias qualitativas e quantitativas entre perfis simulados e medidos das concentrações de gases e distribuições granulométricas do particulado. Isso indica a necessidade de aperfeiçoamentos na modelagem fenomenológica, notadamente com relação às correlações e dados empíricos utilizados. Apesar das discrepâncias, o modelo apresenta bons resultados quantitativos de eficiência de absorção de enxofre em comparação com os dados experimentais. / Energy generation through coal combustion imposes heavy environmental impacts due to pollutant emissions. The process of fluidized bed combustion distinguishes in this context allowing for emission reductions of \'SO IND.X\' and \'NO IND.X\' above 90%. The design, scaling-up, and optimization of fluidized bed reactors are mostly empirical, through small-scale demonstration plant developments. The costs and times of implementation involved in those developments are huge, making theoretical tools of analysis highly desirable. In this work modeling and simulation are performed for atmospheric bubbling fluidized bed combustion of high ash high sulfur coals, including desulfurization by limestone. A phenomenological approach to modeling is applied. Comparison of predictions are made against empirical measurements performed in the NETF pilot plant, and parametric studies are developed to evaluate reactor performances. The comparisons show both agreements and disagreements, qualitative as well as quantitative, between predictions and measured gas concentrations and particulate size distributions. This points to the necessity for improvements on the phenomenological modeling procedure that was applied, notably regarding the empirical correlations and data that were considered. Despite the discrepancies, the model produces good quantitative results of sulfur absorption efficiency in comparison to the empirical data.

Na expansão da geração termelétrica brasileira predominam como combustíveis o gás natural, os óleos combustíveis, a biomassa e o carvão mineral. A concentração das reservas nacionais de carvão no Sul provoca situação peculiar na entrada de novas fontes. Se por um lado a expansão privilegia o carvão e a consequente indústria extrativa local, por outro abre mão de tecnologias mais eficientes e limpas. Esta pesquisa apresenta os principais fatores que influenciam no desempenho dessas usinas e na contratação de geradores, caracterizando a expansão termelétrica. Posteriormente são criados quatro cenários de expansão da geração para a Região Sul envolvendo diferentes fontes de insumos. Por fim, uma análise SWOT é realizada para cada cenário gerador afim de gerar reflexões acerca dos limites da expansão termelétrica sem uma visão gestora dos recursos disponíveis / The following fuels are predominant in the Brazilian expansion of the power generation by thermal power plants: natural gas, oil, biomass and coal. The concentration of the national coal reserves in the south makes a particular case for the entrance of new sources. If, for by one hand, the expansion privileges the coal and, for consequence, the local mining industry, by the other gives up more efficient and cleaner technologies. This research presents the main factors that influence the performance of these plants and the hiring of new generators, characterizing the expansion of thermal power plants. Afterwards four expansion scenarios are created for the south region involving different feedstocks. Lastly, a SWOT analysis is performed for each scenario of generation in the intent of generate thoughts about the limitations of a thermal power generation expansion without an integrating and managing vision of the available resources.