Características do gás durante a gasificação de biomassa em leito fluidizado

Durante os últimos anos, a procura mundial de recursos energéticos renováveis tem sofrido um grande aumento. Neste grupo insere-se a biomassa, cuja conversão termoquímica, principalmente através de tecnologias de combustão e gasificação, é utilizada para a produção de energia térmica e elétrica. No processo de gasificação de biomassa é possível obter um combustível gasoso secundário com variadas aplicações, podendo inclusive servir como substituto do gás natural. No entanto, ao contrário da combustão, esta tecnologia aplicada à biomassa ainda está em fase de demonstração a nível industrial, apresentando algumas limitações em alguns aspetos tecnológicos, entre os quais a qualidade do gás produzido. Neste contexto, e com o objetivo de contribuir para o conhecimento da aplicabilidade desta tecnologia, surge o presente trabalho, onde a caracterização e definição das condições de operação de um gasificador de biomassa, bem como a caracterização do gás produzido foram objeto de estudo. Foi realizado um conjunto de experiências de gasificação direta, num reator de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, com dois tipos de biomassa tipicamente encontrados em Portugal, e para diferentes condições de operação do gasificador, nomeadamente no que diz respeito à razão de equivalência. A biomassa utilizada consistiu em pellets comerciais de madeira e estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro (Pinus pinaster), e resultante de operações florestais em Portugal. Na gama de temperatura do leito aplicada, tipicamente entre 800ºC e 875ºC, o reator funcionou em condições auto térmicas, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma fonte de calor auxiliar externa. Em relação à composição do gás seco durante o processo de gasificação, os gases presentes em maior percentagem (em volume), para as experiências com ambos os tipos de biomassa, são o CO2 e o CO, com o primeiro a registar valores médios entre os 13.4% e os 16%, e o segundo entre 11.3% e 16.3%. Por ordem decrescente de concentração encontra-se o H2, na gama de 5.8% a 12.7%, o CH4 com valores médios entre 2.8% e 4.5%, e o C2H4 com concentrações médias entre 1.0% e 2.2%. Importa referir ainda a ausência de O2 no gás produzido. Verificou-se na concentração de H2, a principal diferença na composição do gás seco relativamente à gasificação dos dois combustíveis utilizados, com valores de concentração inferiores durante a operação com estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro. Nas várias experiências realizadas, e para as condições operatórias utilizadas, observou-se que a razão de equivalência (RE) exerce um efeito significativo na composição do gás, verificando-se, genericamente, que com o aumento da RE a concentração de gases combustíveis diminui. Os valores de Poder Calorífico Inferior (PCI) obtidos para o gás seco produzido encontram-se na gama 3.4-5.6 MJ/Nm3, sendo que os valores mais elevados foram registados no decorrer dos ensaios de gasificação com pellets de madeira. Para ambos os combustíveis, o PCI do gás seco diminui com o aumento da RE.

Análise paramétrica da simulação composicional do processo de Drenagem Gravitacional Assistida por Gás (GAGD)

In Brazil and around the world, oil companies are looking for, and expected development of new technologies and processes that can increase the oil recovery factor in mature reservoirs, in a simple and inexpensive way. So, the latest research has developed a new process called Gas Assisted Gravity Drainage (GAGD) which was classified as a gas injection IOR. The process, which is undergoing pilot testing in the field, is being extensively studied through physical scale models and core-floods laboratory, due to high oil recoveries in relation to other gas injection IOR. This process consists of injecting gas at the top of a reservoir through horizontal or vertical injector wells and displacing the oil, taking advantage of natural gravity segregation of fluids, to a horizontal producer well placed at the bottom of the reservoir. To study this process it was modeled a homogeneous reservoir and a model of multi-component fluid with characteristics similar to light oil Brazilian fields through a compositional simulator, to optimize the operational parameters. The model of the process was simulated in GEM (CMG, 2009.10). The operational parameters studied were the gas injection rate, the type of gas injection, the location of the injector and production well. We also studied the presence of water drive in the process. The results showed that the maximum vertical spacing between the two wells, caused the maximum recovery of oil in GAGD. Also, it was found that the largest flow injection, it obtained the largest recovery factors. This parameter controls the speed of the front of the gas injected and determined if the gravitational force dominates or not the process in the recovery of oil. Natural gas had better performance than CO2 and that the presence of aquifer in the reservoir was less influential in the process. In economic analysis found that by injecting natural gas is obtained more economically beneficial than CO2

Análise da recuperação em reservatório de gás com baixa permeabilidade (TIGHT GAS) através do fraturamento hidráulico

With the increasing of energetic consumption in the worldwile, conventional reservoirs, known by their easy exploration and exploitation, are not being enough to satisfy this demand, what has made necessary exploring unconventional reservoirs. This kind of exploration demands developing more advanced technologies to make possible to exploit those hydrocarbons. Tight gas is an example of this kind of unconventional reservoir. It refers to sandstone fields with low porosity, around 8%, and permeabilities between 0.1 and 0.0001 mD, which accumulates considerable amounts of natural gas. That natural gas can only be extracted by applying hydraulic fracturing, aiming at stimulating the reservoir, by creating a preferential way through the reservoir to the well, changing and making easier the flow of fluids, thus increasing the productivity of those reservoirs. Therefore, the objective of this thesis is analyzing the recovery factor of a reservoir by applying hydraulic fracturing. All the studies were performed through simulations using the IMEX software, by CMG (Computer Modelling Group), in it 2012.10 version

Crise financeira, energia e sustentabilidade no Brasil

A recente crise financeira global traz consigo efeitos como a redução da atividade econômica e, consequentemente, do consumo de energia. Essa pode ser uma importante oportunidade para reorganizar o sistema energético em bases mais sólidas e sustentáveis: a eficiência, a maior participação das fontes renováveis e a descentralização da produção de energia. O Brasil e outros países em desenvolvimento podem aproveitar a experiência dos países desenvolvidos em eficiência energética, complementando com um programa vigoroso em energias renováveis, particularmente as "modernas" (eólica, solar, biomassa e pequenas hidrelétricas). Entretanto, preocupa o cenário inercial nacional, baseado num aumento da participação das fontes fósseis de energia na matriz, na priorização dos recursos à exploração de petróleo e gás natural e na manutenção de padrões insustentáveis de produção e consumo.

Processo auto - sustentável de sinterização de pelotas de minério de ferro: influência da estrutura

O Brasil é um dos países que possuem as maiores jazidas de minério de ferro do mundo. Devido aos recursos financeiros envolvidos, mão-de-obra, arrecadação de impostos, envolvimento de atividades logísticas e comercialização exterior, a mineração é uma das principais atividades econômicas do país, envolvendo nesse contexto as plantas de pelotização de minério de ferro. As pelotas de minério de ferro são um dos insumos essenciais utilizados na produção mundial do aço. Compostas essencialmente de óxido de ferro (Fe2O3), são aglomerados com diâmetro que varia de 6,3 a 16 mm, cuja sua produção envolve a combustão para que obtenham a resistência mecânica necessária para serem utilizadas nos alto fornos siderúrgicos. Tal característica impede que as pelotas se quebrem e se transformem em finos, dificultando a permeação do ar através da carga do alto forno e consequentemente reduzindo a eficiência da queima e produção do ferro gusa, o qual é transformado em aço nas etapas posteriores de refino. Para garantir a produção de pelotas com a qualidade desejada, especialmente nos aspectos de composição e resistência mecânica, foi proposta queima controlada em reator de leito fixo simulando as características dos fornos utilizados na indústria. Com os resultados obtidos, foi possível correlacionar nível de temperatura, consumo de O2 e geração de CO2 e resistência à compressão, permitindo o aprimoramento do processo de combustão de pelotas, além de atestar a possibilidade de utilização de outros combustíveis sólidos como alternativas ao gás natural.

Análise e avaliação do mercado reprimido de energia no contexto do desenvolvimento limpo na Região Administrativa de Araçatuba

Este artigo avalia o mercado reprimido de eletricidade, gás natural e álcool na Região Administrativa de Araçatuba (RAA), comparando o consumo com o consumo médio do estado de São Paulo e do estado da Flórida, EUA, onde se acredita que a demanda é plenamente satisfeita. O artigo apresenta uma projeção para o atendimento da demanda no contexto do desenvolvimento limpo em um cenário hipotético.

Gasodutos de alta pressão

A presente dissertação expõe o trabalho desenvolvido ao longo do estágio de natureza profissional, integrado no curso de Mestrado de Engenharia Mecânica - Perfil de Manutenção e Produção. Sob uma orientação bem definida, a principal motivação deste trabalho consistiu na análise de eficácia dos métodos do projecto, construção e instalação dos gasodutos de gás natural em conformidade com os códigos e normas aplicáveis, de forma a verificar se a sua integridade pode ser eficazmente monitorizada pelas diversas técnicas de inspecção executadas. No presente documento é inicialmente abordado o impacto do gás natural nos tempos actuais, seguidamente é descrita a metodologia adjacente aos processos de construção em que se incluiu a análise de um aço para o fabrico de tubagens. Seguidamente é efectuada a descrição das etapas no terreno que constituem a construção de um gasoduto, designadamente a: Abertura de Pista, Alinhamento de Tubagem, Colocação do Tubo à Vala, Curvatura de Tubos, Atravessamentos, Soldadura, Controlo não Destrutivo, Revestimento, Ensaios diversos (Dieléctricos, Resistência Mecânica, Estanquidade), Cobertura da Vala, Protecção Catódica, Sinalização e Instrumentação (e.g.: SCADA). Posteriormente são descritas as técnicas de inspecção. Posteriormente são analisadas as técnicas de inspecção mais utilizadas em fase de exploração de um gasoduto, considerando a inspecção a sistemas de Protecção Catódica, a inspecção por PIGs e a inspecção por Ondas Guiadas. Sob uma lógica de constante evolução tecnológica torna-se imperativo adaptar os actuais processos de construção a sistemas onde a optimização ao nível dos materiais (aços) pode constituir uma mais valia para o projecto, pelo que é efectuada uma análise de abordagem futura para os gasodutos. A instalação de uma gasoduto obedece ao complexo cumprimento das diversas etapas, sendo a fiabilidade de cada actividade determinante para o sucesso das fases subsequentes. Foi dada uma especial atenção à Protecção Catódica, tendo-se demostrado que esta técnica é actualmente um dos meios mais eficazes para atenuar e prevenir a degradação por corrosão, pois este é o mecanismo de falha mais premente. A adopção de novos aços poderá traduzir-se numa redução de recursos materiais na construção e redução dos custos associados. Um gasoduto é uma infra-estrutura ainda em constante dinamismo. A evolução tecnológica ao nível dos materiais tem efeitos práticos no cálculo, construção e exploração reflectindo a optimização dos processos e a satisfação das necessidades energéticas, por via da inovação nos gasodutos de alta pressão.

Contribuição para o desenvolvimento de novas membranas com vista à produção de energia por diferença de salinidade

As energias renováveis são no mundo de hoje incontornáveis, não só pela necessidade permanente de diminuir as emissões de CO2, pois devido ao aumento do preço dos combustíveis fosseis torna-se cada vez mais rentável recorrer a energias alternativas. Este facto conduz a uma procura incessante de processos alternativos de produção de energia renovável e limpa do ponto de vista ambiental, com o objectivo de tornar estes processos competitivos e economicamente viáveis. Na década de setenta, Sidney Loeb propôs um processo de produção de energia com recurso a membranas designado por osmose directa sob pressão contrária (Pressure Retarded Osmosis - PRO) baseado na diferença de pressão osmótica que pode ocorrer na foz dos rios e de forma geral nas zonas de encontro entre a água doce e água salgada. Este processo de produção de energia deu origem a um projecto designado de “Salinity Power”. Este foi o primeiro grande projecto de investigação no mundo, sobre o desenvolvimento da tecnologia para a produção de “energia de salinidade” ou “energia azul”. Para ser economicamente viável, este processo requer o uso de membranas com características específicas. São utilizadas membranas de osmose inversa, para gerar energia a partir da diferença osmótica entre a água doce e a água salgada. Este projecto resultou em significativos progressos no desempenho da membrana, o componente chave para a produção de energia renovável por este método. O trabalho aqui apresentado visa o estudo de obtenção de diaminas, a partir de matérias-primas renováveis, para posterior polimerização em poliamidas. A partir destes novos polímeros, é necessário o desenvolvimento de novas membranas compostas para utilização em sistemas de produção de energia eléctrica baseados em PRO. Um dos factores inovadores, é a obtenção de diaminas, a partir da D-xilose. Sendo a D-xilose uma hidrato de carbono natural, consegue-se então um processo sem recorrer a produtos derivados do petróleo. No presente trabalho foi investigado o potencial de o<-aminoácidos derivados de anéis oxetano para a construção de novos de compostos. Para aminoácidos de hidratos de carbono com anéis de cinco e seis membros, o estado da arte é bastante vasto. No entanto, não existem na literatura referências baseadas em anéis de quatro membros. Os oxetanos exibem grande estabilidade conformacional devido à sua rigidez, o que faz com que anéis oxetano sejam moléculas-base para derivatização, com vectores de orientação bem definidos. Os anéis oxetano estão presentes em alguns produtos naturais que exibem uma actividade biológica importante. Foram sintetizados no trabalho apresentado o<-aminoácidos derivados de oxetano usando hidrato e carbonos como compostos de partida, de forma a obter uma estereoquímica bem definida. A metodologia utilizada envolve a síntese de triflatos de 1,4-lactonas de 5 membros, que estão submetidas a tratamento com carbonato de potássio em metanol, dando origem à contracção do anel e á formação de oxetanos com configurações D-lyxo, e D-xylo, dependendo da configuração da lactona inicial. Numa das vias de síntese levadas a cabo para a obtenção de o<-aminoácidos derivados de oxetano, procedeu-se à oxidação da D-xilose com bromo seguida do tratamento com benzaldeído de forma a obter a já conhecida 3,5-O-benzilideno-D-xilono-1,4-lactona. A derivatização de o<-aminoácidos derivados de oxetano foi feita com base na introdução de novas membranas de elevado interesse energético e ecológico. Este trabalho experimental ficou marcado por a não obtenção da diamina desejada, para posterior polimerização. No entanto, conseguiu-se trabalhar alguns aspectos da síntese, o que foi bastante positivo para o sucesso desta contribuição. Outro aspecto importante, foi o curo espaço de tempo para realização deste trabalho. Sendo um trabalho de investigação, este requer tempo para analisar todas as condições assim como optimizar os resultados obtidos. Futuramente, serão realizados estudos de optimizações do procedimento, para obtenção da diamina pretendida. Foram realizados dois procedimentos diferentes para a obtenção do oxetano. A síntese inicial foi inconclusiva para este trabalho, devido aos maus resultados, provenientes de condições que são desconhecidas. Conclui-se que a oxidação com o brometo, não foi conseguida devido às condições do brometo, assim como ao controlo das condições necessárias para a adição deste. Devido a estes motivos, foi realizado um novo processo de síntese para a obtenção do composto desejado. Foi feita nova pesquisa e iniciou-se um novo método. O passo reaccional da oxidação, com bromo, foi novamente determinante. É um passo reaccional de difícil controlo, devido ás características do bromo, e às exigências desta síntese, quando este é necessário para oxidação. Esta nova síntese, apresenta uma grande vantagem relativamente à anterior, uma vez que o material de partida é a xilose, sendo mais económica que o 1,2-Isopropilideno-α-Xilofuranose. Este trabalho está enquadrado num projecto, designado de OPEN, e encontra-se descrito mais pormenorizadamente no Anexo I.

O impacto energético e as emissões de CO2 dos veículos eléctricos em Portugal

Para a diminuição da dependência energética de Portugal face às importações de energia, a Estratégia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) define uma aposta na produção de energia a partir de fontes renováveis, na promoção da eficiência energética tanto nos edifícios como nos transportes com vista a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. No campo da eficiência energética, o ENE 2020 pretende obter uma poupança energética de 9,8% face a valores de 2008, traduzindo-se em perto de 1800 milhões de tep já em 2015. Uma das medidas passa pela aposta na mobilidade eléctrica, onde se prevê que os veículos eléctricos possam contribuir significativamente para a redução do consumo de combustível e por conseguinte, para a redução das emissões de CO2 para a atmosfera. No entanto, esta redução está condicionada pelas fontes de energia utilizadas para o abastecimento das baterias. Neste estudo foram determinados os consumos de combustível e as emissões de CO2 de um veículo de combustão interna adimensional representativo do parque automóvel. É também estimada a previsão de crescimento do parque automóvel num cenário "Business-as-Usual", através dos métodos de previsão tecnológica para o horizonte 2010-2030, bem como cenários de penetração de veículos eléctricos para o mesmo período com base no método de Fisher- Pry. É ainda analisado o impacto que a introdução dos veículos eléctricos tem ao nível dos consumos de combustível, das emissões de dióxido de carbono e qual o impacto que tal medida terá na rede eléctrica, nomeadamente no diagrama de carga e no nível de emissões de CO2 do Sistema Electroprodutor Nacional. Por fim, é avaliado o impacto dos veículos eléctricos no diagrama de carga diário português, com base em vários perfis de carga das baterias. A introdução de veículos eléctricos em Portugal terá pouca expressão dado que, no melhor dos cenários haverão somente cerca de 85 mil unidades em circulação, no ano de 2030. Ao nível do consumo de combustíveis rodoviários, os veículos eléctricos poderão vir a reduzir o consumo de gasolina até 0,52% e até 0,27% no consumo de diesel, entre 2010 e 2030, contribuindo ligeiramente uma menor dependência energética externa. Ao nível do consumo eléctrico, o abastecimento das baterias dos veículos eléctricos representará até 0,5% do consumo eléctrico total, sendo que parte desse abastecimento será garantido através de centrais de ciclo combinado a gás natural. Apesar da maior utilização deste tipo de centrais térmicas para produção de energia, tanto para abastecimento das viaturas eléctricas, como para o consumo em geral, verifica-se que em 2030, o nível de emissões do sistema electroprodutor será cerca de 46% inferior aos níveis registados em 2010, prevendo-se que atinja as 0,163gCO2/kWh produzido pelo Sistema Electroprodutor Nacional devido à maior quota de produção das fontes de energia renovável, como o vento, a hídrica ou a solar.

Estudo comparativo do desempenho da tecnologia de termossifão e de circulação forçada no âmbito do aquecimento solar térmico

O objeto da presente tese é o estudo comparativo do desempenho de soluções de aquecimento de águas quentes sanitárias (AQS) de dois sistemas solares alternativos, um sistema do tipo Termossifão “versus” um sistema de Circulação Forçada. Foi realizada uma campanha de medições durante um ano, que permitiu avaliar o desempenho dos dois sistemas e as poupanças que resultaram da utilização de um sistema solar, em comparação com um sistema convencional de aquecimento de águas quentes com recurso a gás natural. Estes dados experimentais foram confrontados com os resultados de simulação fornecidos por software dedicado ao cálculo de energia em sistemas solares, conhecido como SolTerm. Concluiu-se que, para o perfil de consumo estabelecido, os sistemas de Circulação Forçada e de Termossifão Reais, tiveram um desempenho equivalente. Na simulação realizada no SolTerm, o sistema Termossifão foi mais eficiente, com um fração solar de 69,7%. Já para o sistema de Circulação Forçada a fração solar foi de 63,3%, com uma diferença de produtividade anual de 67 kWh/m2 de coletor. Contrariamente ao que era previsto pelo SolTerm, ambos os sistemas Reais tiveram desempenhos inferiores, obtendo frações solares de 55,8% e 58,5% para o Termossifão e Circulação Forçado respetivamente. Para o Termossifão esta diferença foi mais acentuada, ao passo que no Circulação Forçada se aproximou do comportamento previsto na simulação.

A tributação automóvel e as suas implicações ambientais

A tributação automóvel levanta uma série de questões ao nível das suas implicações ambientais, quer na aquisição, quer na utilização do automóvel. O automóvel tem um impacto significativo nas alterações climáticas causadas, principalmente, pelas emissões de CO2. Com o aumento constante das emissões de gases, os Estados, obrigados pelas instâncias internacionais, têm vindo a adotar certas medidas com vista a promover a diminuição da poluição atmosférica através, entre outros, de incentivos fiscais à criação e utilização de energias menos poluentes e de meios alternativos de transporte. Foram assim criadas novas bases da tributação ambiental através de diversas medidas fiscais destinadas a interferir no comportamento dos contribuintes e a estimular e incentivar a diminuição da poluição atmosférica, tendo em vista a proteção da saúde humana e a preservação dos recursos biológicos e dos ecossistemas. A reforma da tributação automóvel de 2007 introduz no Imposto sobre veículos (ISV) e no Imposto Único de Circulação (IUC) um elemento ambiental no cálculo do montante fiscal a pagar, em função do nível de emissões de CO2 emitidas pelo veículo e da cilindrada. Estas alterações promovidas no âmbito da fiscalidade automóvel vão ao encontro das preocupações da União Europeia que é o da tributação se reger pelo princípio da equivalência ou do poluidor-pagador. No campo dos impostos especiais de consumo, nomeadamente o Imposto sobre os Produtos Petrolíferos e Energéticos (ISP), o Código dos IEC (CIEC) elenca toda uma lista de produtos petrolíferos e energéticos sujeitos a tributação e tributa de acordo com o impacto ambiental que cada um produtos petrolíferos e energéticos produz. No âmbito dos impostos indiretos, há ainda a referir o Código do IVA que prevê deduções de IVA na aquisição de gasóleo, gases de petróleo liquefeitos (GPL), gás natural e biocombustíveis no caso de utilização desses combustíveis em viaturas automóveis. Todo este regime de tributação, baseado numa forte componente ambiental, tem grandes implicações no cálculo dos impostos a pagar. Há todo um conjunto de elementos e critérios na tributação automóvel que pretendem contribuir para a proteção do meio ambiente.

O presente e o futuro da tecnologia IGCC na produção de energia

A geração de electricidade com recurso a carvão dispõe, na combinação de tecnologias de gasificação de carvão com turbinas a gás avançadas, de uma solução tecnológica bastante eficiente e flexível, constituindo o que se designa por uma Central de Ciclo Combinado com Gasificação Integrada (IGCC). As Centrais IGCC cumprem os requisitos ambientais com baixas emissões atmosféricas poluentes, para além de terem capacidade para integrar directamente tecnologia de Captura e Sequestro de CO2 (CCS). Para além da geração de electricidade, estas unidades podem ser optimizadas para a co-produção de combustíveis sintéticos, tais como o hidrogénio, gás natural sintético (SNG ou metano), outros produtos combustíveis sintéticos por via do processo Fischer-Tropsch, e ainda outros químicos, tais como amónia, ureia, enxofre elementar e ácido sulfúrico, resultando num aumento considerável do factor de utilização do conversor de energia primária. Finalmente, o dióxido de carbono pode ainda ser separado como subproduto de valor comercial, para ser utilizado, por exemplo, em aplicações de exploração incrementada de petróleo (EOR, Enhanced Oil Recovery). Descreve-se neste trabalho o estado do conhecimento actual relativamente a este tema, com base nas tecnologias existentes, a viabilidade técnica e económica, bem como os desafios futuros a vencer desta tecnologia como alternativa para a produção de energia com recurso a carvão, permitindo minimizar o impacte ambiental.

Análise da resistência à fadiga de tubos de aço API 5CT N80 Tipo Q soldados via processo de indução magnética de alta frequência (HFIW)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Eficiência energética e a queima de combustíveis limpos

Mestrado em Engenharia Química

Auditoria e optimização energética à secção de impregnação de uma indústria têxtil

Mestrado em Engenharia Química