Análise de perdas em sistemas de energia que empregam materiais supercondutores de alta temperatura

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, especialidade em Energia, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Desenvolvimento de membranas para aplicação em células de combustível a alta temperatura

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Desenvolvimento de um aço SAE 5115 microligado ao nióbio para cementação a alta temperatura

Este trabalho busca desenvolver um aço para cementação a alta temperatura através da adição de nióbio como microligante, a fim de que os compostos formados forneçam partículas de segunda fase que atuem como ancoradoras do grão austenítico, já que o processo de crescimento de grão, especialmente anormal, é conseqüência natural das temperaturas envolvidas. A elevação da temperatura tem como objetivo proporcionar um ganho em produtividade pela redução dos tempos de cementação. Procura-se também estabelecer uma comparação do aço proposto a aços de cementação convencionais (DIN 17Cr3 e SAE 5115). Utilizou-se um aço SAE 5115 com 0,034% de nióbio, que foi submetido a diferentes condições de ensaio em laboratório: deformação a frio por compressão livre em três graus de deformação (isento, 25 e 50%); com posterior aquecimento em patamares de temperatura que simulam diferentes níveis de cementação (930 , 950 , 1000 e 1050 C), bem como diferentes tempos de manutenção em temperatura, de tal forma a atingir camadas cementadas hipotéticas em torno de 1,0 mm de profundidade. Encerram-se os testes submetendo o aço estudado a um processo de produção industrial de pinos de pistão, que sofrem deformação a temperatura ambiente e cementação a 950 C por 2,5 h O aço SAE 5115 ao “Nb” mostrou um melhor desempenho no controle dos grãos austeníticos, tanto para os ensaios de simulação realizados em laboratório e comparados ao aço DIN 17Cr3, como frente ao processo de produção de pinos de pistão tendo como comparativo o aço SAE 5115. O modelo teórico de Hudd e outros (que trata os carbonitretos de nióbio como de extensiva solubilidade mútua) e o de Gladman (que define os nitretos de alumínio e de nióbio como mutuamente exclusivos), associados às equações de Wagner (para coalescimento das partículas de segunda fase), bem como à equação de Gladman e Pickering (que determina o raio crítico de partícula para uma distribuição aleatória de partículas), mostraram-se bastante adequados em prever a resposta das partículas precipitadas, partindo-se da composição química do aço, principalmente para as partículas de carbonitreto de nióbio em condições que não envolvessem níveis elevados de deformação.

Uma nova proposta de fluidos de perfuração aquosos à base de polímeros vinílicos e bentonita para poços de alta temperatura e pressão

The advance of drilling in deeper wells has required more thermostable materials. The use of synthetic fluids, which usually have a good chemical stability, faces the environmental constraints, besides it usually generate more discharge and require a costly disposal treatment of drilled cuttings, which are often not efficient and require mechanical components that hinder the operation. The adoption of aqueous fluids generally involves the use of chrome lignosulfonate, used as dispersant, which provides stability on rheological properties and fluid loss under high temperatures and pressures (HTHP). However, due to the environmental impact associated with the use of chrome compounds, the drilling industry needs alternatives that maintain the integrity of the property and ensure success of the operation in view of the strong influence of temperature on the viscosity of aqueous fluids and polymers used in these type fluids, often polysaccharides, passives of hydrolysis and biological degradation. Therefore, vinyl polymers were selected for this study because they have predominantly carbon chain and, in particular, polyvinylpyrrolidone (PVP) for resisting higher temperatures and partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) and clay by increasing the system's viscosity. Moreover, the absence of acetal bonds reduces the sensitivity to attacks by bacteria. In order to develop an aqueous drilling fluid system for HTHP applications using PVP, HPAM and clay, as main constituents, fluid formulations were prepared and determined its rheological properties using rotary viscometer of the Fann, and volume filtrate obtained by filtration HTHP following the standard API 13B-2. The new fluid system using polyvinylpyrrolidone (PVP) with high molar weight had higher viscosities, gels and yield strength, due to the effect of flocculating clay. On the other hand, the low molecular weight PVP contributed to the formation of disperse systems with lower values in the rheological properties and fluid loss. Both systems are characterized by thermal stability gain up to around 120 ° C, keeping stable rheological parameters. The results were further corroborated through linear clay swelling tests.

Uma nova proposta de fluidos de perfuração aquosos à base de polímeros vinílicos e bentonita para poços de alta temperatura e pressão

The advance of drilling in deeper wells has required more thermostable materials. The use of synthetic fluids, which usually have a good chemical stability, faces the environmental constraints, besides it usually generate more discharge and require a costly disposal treatment of drilled cuttings, which are often not efficient and require mechanical components that hinder the operation. The adoption of aqueous fluids generally involves the use of chrome lignosulfonate, used as dispersant, which provides stability on rheological properties and fluid loss under high temperatures and pressures (HTHP). However, due to the environmental impact associated with the use of chrome compounds, the drilling industry needs alternatives that maintain the integrity of the property and ensure success of the operation in view of the strong influence of temperature on the viscosity of aqueous fluids and polymers used in these type fluids, often polysaccharides, passives of hydrolysis and biological degradation. Therefore, vinyl polymers were selected for this study because they have predominantly carbon chain and, in particular, polyvinylpyrrolidone (PVP) for resisting higher temperatures and partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) and clay by increasing the system's viscosity. Moreover, the absence of acetal bonds reduces the sensitivity to attacks by bacteria. In order to develop an aqueous drilling fluid system for HTHP applications using PVP, HPAM and clay, as main constituents, fluid formulations were prepared and determined its rheological properties using rotary viscometer of the Fann, and volume filtrate obtained by filtration HTHP following the standard API 13B-2. The new fluid system using polyvinylpyrrolidone (PVP) with high molar weight had higher viscosities, gels and yield strength, due to the effect of flocculating clay. On the other hand, the low molecular weight PVP contributed to the formation of disperse systems with lower values in the rheological properties and fluid loss. Both systems are characterized by thermal stability gain up to around 120 ° C, keeping stable rheological parameters. The results were further corroborated through linear clay swelling tests.

Hidrólise do óleo de Azadirachta indica em água subcrítica e determinação da composição dos triacilglicerídeos e ácidos graxos por cromatografia gasosa de alta resolução a alta temperatura e cromatografia gasosa de alta resolução acoplada à espectrometria de massas

The development of modern analytical tools plays an important role in quality control. The main purpose of this study was to explore the use of subcritical water as a versatile analytical tool, employed simultaneously as a reagent and solvent, as well as the application of high temperature-high resolution gas chromatography (HT-HRGC) to develop a procedure for the analysis of triacylglycerides and fatty acids in Azadirachta indica A. Juss. (Neem) oil without the need for solvents, chemical reagents, or catalytic agents. The developed method presented satisfactory results and is in agreement with the concepts of Green Analytical Chemistry (GAC).

Estratégias de seleção para germinação de sementes de cenoura em alta temperatura

Os cultivares do grupo Brasília apresentam boa adaptação às condições de cultivo durante o verão no Brasil. Entretanto, há necessidade de se fazer seleção para aumentar o potencial de germinação em temperatura elevada, propiciando economia de sementes e estandes mais uniformes, principalmente em regiões quentes do País. O objetivo deste trabalho foi definir estratégias para maximizar os ganhos na qualidade de sementes de cenoura utilizando-se famílias de meios-irmãos de população derivada do cultivar Brasília, avaliado quanto ao vigor e à germinação a 20 e 35ºC. Foram avaliadas sementes de 70 famílias de meios-irmãos de cenoura, utilizando-se delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições de 50 sementes de cada família. Os dados obtidos foram submetidos a análises de variância, e estimadas a herdabilidade, a correlação entre os caracteres e os ganhos diretos com a seleção e por meio de índices de seleção. Vigor e germinação mostraram eficiência para diferenciar as famílias avaliadas a 20 e 35ºC. Os índices de seleção avaliados tiveram desempenho idêntico nas duas temperaturas testadas; sendo assim, a seleção pode ser feita com a utilização de qualquer um dos índices. A temperatura de 35ºC mostrou elevado ganho por seleção em relação a 20ºC.

Infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral associados à alta temperatura e monóxido de carbono em área metropolitana do sudeste do Brasil

Muito se tem publicado e discutido acerca de fatores de risco ligados a estilo de vida e a fatores hereditários em Acidente Vascular Cerebral (AVC) e Infarto do Miocárdio (IM). Porém o estudo da influência de fatores ambientais como poluição por monóxido de carbono e temperatura na determinação nas ocorrências dessas patologias ainda é pouco discutido em nosso meio. Visando preencher esta lacuna, foi verificada a associação existente entre os valores de temperaturas máximas diárias e valores médio e máximo diários de monóxido de carbono e AVC e IM no Município de São Paulo, SP (Brasil). Foi coletada uma série histórica do número de casos novos de AVC e IM atendidos em Pronto Socorro de um hospital de clínicas e valores de temperatura e monóxido de carbono. Conclui-se que das internações anuais por IM, 2,1% são devidos à poluição atmosférica e 4,9% a altas temperaturas. Das internações anuais por AVC, 2,8% são devidas a altas temperaturas. Não foi identificado associação entre monóxido de carbono e AVC.

Projecto de uma caixa de velocidades eléctrica por meio da variação do número de pólos para motores em disco de rotor em alumínio e em materiais supercondutores de alta temperatura (SAT)

Nesta dissertação apresenta-se um motor em disco polifásico inovador bem como uma estratégia de controlo com base no método de variação de velocidade por comutação do número de pares de pólos. A configuração das bobinas aliada à escolha das correntes e tensões que se injectam nas bobinas dos estatores, permite comutar electronicamente o número de pólos do motor entre 2, 4 6 e 8 pólos, conseguindo-se controlar a característica binário/velocidade do motor. O motor em disco possui a bobinagem feita em cobre com dois semi-estatores, em que quando utiliza o rotor em alumínio (com condutividade diferente de zero) comporta-se como um motor de indução convencional. Quando se substitui o rotor em alumínio por um constituído por um supercondutor de alta temperatura (SAT), o dispositivo comporta-se como um motor de histerese. O princípio de funcionamento do motor em disco convencional é baseado na indução de força electromotrizes no rotor e, consequentemente, uma vez que o alumínio é bom condutor eléctrico, correntes eléctricas induzidas, originadas por haver um campo magnético variável que é criado pelos semi-estatores. O comportamento deste tipo de motores, no que diz respeito a principais características (como o binário/velocidade para os diferentes números de pares de pólos), circuito equivalente de Steinmetz, entre outras teorias associadas é já conhecido há bastante tempo. O princípio de funcionamento do motor SAT é diferente do apresentado anteriormente, funciona com base na dinâmica de vórtices e devido ao facto de aparecer o fenómeno de ancoragem de fluxo (flux pinning) nos supercondutores de alta temperatura. Como o campo magnético varia, então o disco roda. Este motor tem um princípio de funcionamento muito mais complexo que o motor de indução sendo a obtenção do modelo do motor SAT complicada. A obtenção do modelo do motor SAT não é abordado nesta dissertação. Os comportamentos e modos de operação do motor com disco de alumínio e em materiais SAT são simulados através de um programa comercial de elementos finitos, nesta dissertação, sendo a supercondutividade simulada com base na relação entre o campo eléctrico e a densidade de corrente pela lei da potenciação (E-J power law). Com as simulações pretende-se comparar o rendimento electromecânico de ambos os motores.

Desenho e modelização de sistemas de energia empregando materiais supercondutores de alta temperatura

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica, especialidade de Máquinas Eléctricas, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

Utilização de Cabos de alta Temperatura em linhas Aéreas em Média Tensão

A presente dissertação teve como objetivo fazer uma análise da viabilidade técnica da utilização dos condutores de alta temperatura nas linhas aéreas de MT, identificar vantagens, analisar inconvenientes, e estabelecer um comparativo a custos médios com as soluções convencionais. Foi efetuado o estudo de um caso real da EDP Distribuição que consistia na necessidade do aumento da capacidade de transporte de energia da linha aérea a 15 kV Espinho-Sanguedo. Neste foi ponderada a solução onde se poderia efetuar passagem de linha simples para linha dupla em alumínio-aço (AA) 160 mm2 ou a solução alternativa e inovadora de substituição dos condutores existentes por condutores de alta temperatura ACCC 182 mm2. Para isso foram efetuados cálculos e também criada uma ferramenta de apoio à decisão, para validação dos mesmos, com o intuito de mais tarde poder ser aplicada nas linhas aéreas em Média Tensão em todo o país e, sempre que necessário, se possa fazer um estudo de ponderação técnica de forma sistemática e estruturada. Neste trabalho estão identificadas as vantagens, foram relatados os inconvenientes, e estabeleceu-se um comparativo a custos médios da utilização de condutores de alta temperatura com as soluções convencionais. Antes de poder ser realizado um estudo do caso concreto da Linha aérea Espinho-Sanguedo foi necessário um aprofundamento do estado da arte no que diz respeito à comparação entre o cabo de alta temperatura ACCC e o cabo convencional ACSR, sendo este o mais utilizado nas linhas aéreas em MT. Os cabos de alta temperatura trouxeram inovações neste tema de transporte de energia, e como tal surgiu a necessidade de um estudo mais aprofundado da sua constituição, destacando o seu núcleo formado pelo compósito de fibra de carbono e fibra de vidro. Foi também analisado vantagens e desvantagens do cabo de alta temperatura e até mesmo situações onde a sua aplicação poderá ser vantajosa, de modo a tirar proveito das suas caraterísticas em que se destacam altas temperaturas de funcionamento e flechas reduzidas. Para elaborar um projeto de uma linha aérea em média tensão é necessário considerar a legislação em vigor, os aspetos ambientais e económicos, respeitando e garantindo as premissas do cálculo elétrico e mecânico. Economicamente este tipo de cabo (ACCC) é mais dispendioso do que os convencionais, no entanto o estudo realizado permitiu perceber que a sua implementação técnica é vantajosa em linhas aéreas de elevada capacidade de transporte de energia, sobretudo nos casos onde serão necessárias instalar linhas duplas ou linhas simples de seções elevadas. Devido às suas caraterísticas mecânicas, estes cabos permitem melhorar as linhas na sua dimensão, podendo diminuir o número de apoios a instalar, podendo diminuir a robustez dos apoios e permitir maior facilidade na montagem. Estas vantagens traduzem-se em menores impactos ambientais e permitem sobretudo reduzir os constrangimentos com os proprietários dos terrenos onde os apoios são implantados.

Estudi teòric pràctic de la solubilitat de noves mescles aquoses de nitrats alcalins per climatització per absorció accionada tèrmicament a alta temperatura

Investigación realizada a partir de una estancia como profesor visitante en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virgili. Las soluciones acuosas de LiNO3 tienen una gran potencialidad para ser utilizadas como fluidos de trabajo en ciclos de absorción a altas temperaturas. La adición de otros nitratos y/o nitritos alcalinos mejora, entre otras propiedades, su solubilidad en H2O, el principal inconveniente de estas soluciones. La información bibliográfica sobre la solubilidad de estas es prácticamente inexistente, por eso, en este trabajo se ha realizado un estudio teórico-práctico de la solubilidad de algunos de estos sistemas.(...)

Desarrollo de nuevos materiales sólidos para la captura de CO2 a alta temperatura

El efecto invernadero provocado por la emisión masiva de CO2 derivado de la combustión de derivados fósiles, entre otros, está provocando serios problemas ambientales que afectan a ecosistemas de todo el planeta. Para reducir las emisiones se emplea la ciencia para diseñar nuevos métodos para capturar CO2 proveniente de la industria, transporte, energía, etc., y así causar el mínimo impacto ambiental posible hasta que dispongamos de la tecnología suficiente para abastecer la demanda energética por fuentes renovables. Entre las distintas tecnologías existentes, el trabajo pretende desarrollar un material sintético basado en calcio para captura Post-Combustión de CO2 en condiciones de presión atmosférica y alta temperatura (750 ºC) para la principal aplicación en centrales termoeléctricas. El material ha sido sintetizado por duplicado aplicando una caracterización de área superficial BET, microestructura con MEB, detección de fases con XRD y finalmente un estudio de la captura de CO2 con microbalanza de suspensión magnética. También es objetivo del trabajo estudiar el comportamiento de captura del material cuando existe la presencia de agua y/o SO2 éste normalmente presente en los gases de salida procedentes de la combustión de combustibles fósiles, tal como carbón, petróleo o gas natural. De nuevo las técnicas mencionadas han sido utilizadas para el estudio del comportamiento de captura. El material, tiene una captura de CO2 superior a otros materiales utilizados con el mismo fin. Se comporta mejor en presencia de agua y se anula la capacidad de captura por la formación de CaSO4, si en el flujo de gases está presente SO2 en una concentración mínima del 0,95%. Finalmente se realiza una breve mención sobre el posible impacto ambiental de la implantación del material así como un pequeño análisis de costes asociados a la utilización del mismo en comparación con otro material utilizado actualmente.

Estado da arte da cromatografia gasosa de alta resolução e alta temperatura

The developments in stationary phase synthesis and capillary column technology, have opened new perspectives in analysis of high molecular mass compounds (³600 daltons) and thermolabile organic compounds by High Temperature High Resolution Gas Chromatography (HT-HRGC). HT-HRGC is a new analytical borderline and its application to the analysis of high molecular mass compounds is still in its infancy. The apolar and medium polar gum phases can now be operated at temperatures up to 400-480ºC, being used for the analysis of n-alcanes up to C-100, lipids, oligosaccharides, industrial resins, polyglycerols, cyclodextrins, porphyrins, etc. This technique should play a leading role as a powerful tool, for many different analysis types, in multidisciplinary fields of Science.

Hidrólise do óleo de Azadirachta indica em água subcrítica e determinação da composição dos triacilglicerídeos e ácidos graxos por cromatografia gasosa de alta resolução a alta temperatura e cromatografia gasosa de alta resolução acoplada à espectrometria de massas

The development of modern analytical tools plays an important role in quality control. The main purpose of this study was to explore the use of subcritical water as a versatile analytical tool, employed simultaneously as a reagent and solvent, as well as the application of high temperature-high resolution gas chromatography (HT-HRGC) to develop a procedure for the analysis of triacylglycerides and fatty acids in Azadirachta indica A. Juss. (Neem) oil without the need for solvents, chemical reagents, or catalytic agents. The developed method presented satisfactory results and is in agreement with the concepts of Green Analytical Chemistry (GAC).