Assessing forest fire as a potential PCDD/F source in Queensland, Australia

Forest fires are suggested as a potential and significant source of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs), even though no studies to date provide sufficient evidence to confirm forest fires as a source of PCDD/Fs. Recent investigations in Gueensland, Australia have identified a widespread contamination of PCDDs (in particular OND) in soils and sediments in the coastal region from an unknown source of PCDD/Fs. Queensland is predominately rural; it has few known anthropogenic sources of PCDD/Fs, whereas forest fires are a frequent occurrence. This study was conducted to assess forest fires as a potential source of the unknown PCDD/F contamination in Queensland. A combustion experiment was designed to assess the overall mass of PCDD/Fs before and after a simulated forest fire. The results from this study did not identify an increase in Sigma-PCDD/Fs or OCDD after the combustion process. However, specific non-2,3,7,8 substituted lower chlorinated PCDD/Fs were elevated after the combustion process, suggesting formation from a precursor. The results from this study indicate that forest fires are unlikely to be the source of the unknown PCDD contamination in Gueensland, rather they are a key mechanism for the redistribution of PCDD/Fs from existing sources and precursors.

Variation of the crystalline structure of coal char during gasification

The variation of the crystallite structure of several coal chars during gasification in air and carbon dioxide was studied by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-ray diffraction (XRD) techniques. The XRD analysis of the partially gasified coal chars, based on two approaches, Scherrer's equation and Alexander and Sommer's method, shows a contradictory trend of the variation of the crystallite height with carbon conversion, despite giving a similar trend for the crystallite width change. The HRTEM fringe images of the partially gasified coal chars indicate that large and highly ordered crystallites exist at conversion levels as high as 86%. It is also demonstrated that the crystalline structure of chars can be very different although their pore structures are similar, suggesting a combination of crystalline structure analysis with pore structure analysis in studies of carbon gasification.

Activation energy distribution of thermal annealing of a bituminous coal

A bituminous coal was pyrolyzed in a nitrogen stream in an entrained flow reactor at various temperatures from 700 to 1475 degreesC. Char samples were collected at different positions along the reactor. Each collected sample was oxidized nonisothermally in a TGA for reactivity determination. The reactivity of the coal char was found to decrease rapidly with residence time until 0.5 s, after which it decreased only slightly. On the bases of the reactivity data at various temperatures, a new approach was utilized to obtaining the true activation energy distribution function for thermal annealing without the assumption of any distribution function form or a constant preexponential factor. It appears that the true activation energy distribution function consists of two separate parts corresponding to different temperature ranges, suggesting different mechanisms in different temperature ranges. Partially burnt coal chars were also collected along the reactor when the coal was oxidized in air at various temperatures from 700 to 1475 degreesC. The collected samples were analyzed for the residual carbon content and the specific reaction rate was estimated. The characteristic time of thermal deactivation was compared with that of oxidation under realistic conditions. The characteristic times were found to be close to each other, indicating the importance of thermal deactivation during combustion of the coal studied.

Desenvolvimento de um Sistema de Informação para Monitoramento e Diagnóstico de Desempenho Termodinâmico de uma Central Termelétrica com Motores de Combustão Interna

Um sistema de informação para o monitoramento e diagnóstico de desempenho de centrais termelétricas é uma ferramenta capaz de auxiliar no gerenciamento das atividades de manutenção. Portanto, esta dissertação tem por objetivo desenvolver um sistema de informação para o monitoramento e diagnóstico de desempenho termodinâmico em uma central termelétrica equipada com motores de combustão interna, sistema este capaz de ser implementado em uma aplicação em ambiente MS Windows. Neste trabalho, a condição de referência é estabelecida nas condições ISO com base em testes realizados na planta em operação, além de informações técnicas adicionais. Consequentemente, para o diagnóstico, o estado real é corrigido para a condição ISO. Mesmo assim, além do estado de referência definido, para maior confiabilidade dos resultados foi considerada outra base de comparação em função das informações do fabricante. Além disso, como a central termelétrica possui 20 unidades motogeradoras iguais, o sistema de informação desenvolvido mostrou-se prático comparar os parâmetros operacionais entre duas unidades quaisquer, visando uma análise independente da qualidade do modelo de referência.

Estudo da viabilidade de um processo de captura do dióxido de carbono emitido em gases de combustão

O presente trabalho descreve o estudo da viabilidade económica de implementar um processo de absorção química com monoetanolamina (MEA) numa central termoeléctrica, visando a captura de CO2 dos gases de exaustão da mesma, dado que na indústria, o sector de produção de energia eléctrica é o principal responsável pela emissão de CO2 para a atmosfera. A central em foco foi a TER (Central Termoeléctrica do Ribatejo) devido à quantidade de gases emitidos e ao teor em CO2 dos mesmos, além de ser a responsável por cerca de 18% da energia eléctrica em Portugal. O processo em causa ocorre em pós-combustão, dado tratar-se de uma central já existente, e engloba a absorção química com MEA, seguida de stripping, com remoção do CO2 e recirculação da MEA. Este sistema foi testado recorrendo a um modelo de simulação desenvolvido por T. Greer, na sua tese de mestrado ao tema “Modeling and simulation of post combustion CO2 capturing” com base em Matlab. De acordo com o disposto sobre o Comércio Europeu de Licenças de Emissão (CELE), para o período de 2008-2012, foi atribuído à TER um limite de emissão de 1.423.103 ton CO2/ano. Sendo esta responsável pela emissão anual de cerca de 2X106 toneladas, determinou-se um encargo de 17.277.000 € anuais por incumprimento. Os custos de implementação deste processo estimam-se, para um período de amortização de 5 anos, em 6.546.758€, e permitiria a captação de 78,7% do CO2 emitido. As taxas respeitantes ao incumprimento ficariam reduzidas a 13.597.020€; o que significa que, com a implementação desta tecnologia, se conseguirá uma economia de: 17.277.000 - 13.597.020 = 3.679.980 €/ano. Estes valores foram calculados de acordo com o valor cotado da tonelada de CO2 para 2008 de 30 euros/ton. No período de amortização considerado, 5 anos, obtém-se uma economia de 18.399.900 €, sendo possível amortizar totalmente o investimento efectuado com a unidade de captura de CO2 sendo economicamente viável a sua implementação.

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.

A simulation study on the abatement of CO2 emissions by de-absorption with monoethanolamine

Because of the adverse effect of CO2 from fossil fuel combustion on the earth's ecosystems, the most cost-effective method for CO2 capture is an important area of research. The predominant process for CO2 capture currently employed by industry is chemical absorption in amine solutions. A dynamic model for the de-absorption process was developed with monoethanolamine (MEA) solution. Henry's law was used for modelling the vapour phase equilibrium of the CO2, and fugacity ratios calculated by the Peng-Robinson equation of state (EOS) were used for H2O, MEA, N-2 and O-2. Chemical reactions between CO2 and MEA were included in the model along with the enhancement factor for chemical absorption. Liquid and vapour energy balances were developed to calculate the liquid and vapour temperature, respectively.

Exposure to airborne ultrafine particles from cooking in Portuguese homes

Cooking was found to be a main source of submicrometer and ultrafine aerosols from gas combustion in stoves. Therefore, this study consisted of the determination of the alveolar deposited surface area due to aerosols resulting from common domestic cooking activities (boiling fish, vegetables, or pasta, and frying hamburgers and eggs). The concentration of ultrafine particles during the cooking events significantly increased from a baseline of 42.7 μm2/cm3 (increased to 72.9 μm2/cm3 due to gas burning) to a maximum of 890.3 μm2/cm3 measured during fish boiling in water, and a maximum of 4500 μm2/cm3 during meat frying. This clearly shows that a domestic activity such as cooking can lead to exposures as high as those of occupational exposure activities.

OC/EC ratio observations in Europe: Re-thinking the approach for apportionment between primary and secondary organic carbon

This study explores a large set of OC and EC measurements in PM(10) and PM(2.5) aerosol samples, undertaken with a long term constant analytical methodology, to evaluate the capability of the OC/EC minimum ratio to represent the ratio between the OC and EC aerosol components resulting from fossil fuel combustion (OC(ff)/EC(ff)). The data set covers a wide geographical area in Europe, but with a particular focus upon Portugal, Spain and the United Kingdom, and includes a great variety of sites: urban (background, kerbside and tunnel), industrial, rural and remote. The highest minimum ratios were found in samples from remote and rural sites. Urban background sites have shown spatially and temporally consistent minimum ratios, of around 1.0 for PM(10) and 0.7 for PM(2.5).The consistency of results has suggested that the method could be used as a tool to derive the ratio between OC and EC from fossil fuel combustion and consequently to differentiate OC from primary and secondary sources. To explore this capability, OC and EC measurements were performed in a busy roadway tunnel in central Lisbon. The OC/EC ratio, which reflected the composition of vehicle combustion emissions, was in the range of 03-0.4. Ratios of OC/EC in roadside increment air (roadside minus urban background) in Birmingham, UK also lie within the range 03-0.4. Additional measurements were performed under heavy traffic conditions at two double kerbside sites located in the centre of Lisbon and Madrid. The OC/EC minimum ratios observed at both sites were found to be between those of the tunnel and those of urban background air, suggesting that minimum values commonly obtained for this parameter in open urban atmospheres over-predict the direct emissions of OC(ff) from road transport. Possible reasons for this discrepancy are explored. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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

Mestrado em Engenharia Química

Sistemas de automação e manutenção de edifícios: concepção dos sistemas de detecção e protecção contra incêndios de uma unidade industrial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Auditoria energética à indústria têxtil do Ave

A Indústria Têxtil do Ave S.A. (ITA) dedica-se, desde 1948, à produção de componentes têxteis para pneus em forma de fio torcido (corda) e tela. Estes componentes são quimicamente activados e impregnados em estufas, possibilitando assim a posterior adesão ao pneu. A máquina de impregnar corda Single End é composta pelos grupos de estiragem, por um recipiente contendo a solução química e por 4 estufas em série. A máquina de impregnar tela Zell é composta pelos grupos de estiragem, pelos acumuladores de saída e entrada, pelos recipientes com as soluções químicas e por um grupo de 7 estufas em série. O aquecimento das estufas é feito através da queima de gás natural. O presente trabalho teve como objectivo a realização de uma auditoria energética à ITA com um especial destaque às máquinas de impregnar corda (Single End) e tela (Zell). As correntes de entrada que contribuem para a potência térmica de impregnação são a combustão do gás natural, o ar de combustão, o ar fresco, o artigo em verde e as soluções químicas. As correntes de saída correspondem aos gases de combustão e exaustão, ao artigo impregnado e às perdas térmicas. A auditoria à máquina Single End mostrou que a potência térmica de impregnação é de 413,1 kW. Dessa potência térmica, 77,2% correspondem à combustão do gás natural, 6,7% ao ar de combustão, 15% ao ar fresco, 0,7% às cordas em verde e 0,4% à solução química. Da potência térmica de saída, 88,4% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,2% às cordas impregnadas e 8,4% às perdas térmicas. Da auditoria à máquina Zell observou-se que a potência térmica de impregnação é de 5630,7 kW. Dessa potência, 73,3% corresponde à combustão do gás natural, 1,6% ao ar de combustão, 24,5% ao ar fresco, 0,3% à tela em verde e 0,3% às soluções químicas. Da potência térmica de saída, 65,2% correspondem aos gases de combustão e exaustão, 3,1% à tela impregnada e 31,7% às perdas térmicas. Foram sugeridas como medidas de optimização a redução dos caudais de exaustão das estufas e o aumento de temperatura do ar fresco. O aumento da temperatura do ar fresco da máquina de impregnar Single End para 50 ºC, usando ar quente dos torcedores, leva a uma poupança de 0,22 €/h, com um período de retorno do investimento de 13 anos e 4 meses enquanto o aumento para 120 ºC, usando o calor dos gases de combustão e exaustão, reduz os custos em 0,88 €/h, sendo o período de retorno para esse investimento de 2 anos e 6 meses. Na máquina de impregnar Zell, uma redução de 15% no caudal de exaustão numa das estufas leva a ganhos de 3,43 €/h. O aumento de temperatura do ar fresco para 45 ºC, usando o calor de gases de combustão e exaustão, leva a uma poupança de 9,93 €/h sendo o período de retorno para cada uma das duas sugestões de investimento de 5 meses e 9 meses.

Estudo do reaproveitamento energético de ar quente numa Olaria

Como o sector cerâmico é um consumidor intensivo de energia, este trabalho teve como objectivo principal a elaboração de um plano de optimização do desempenho energético da olaria número três da Fábrica Cerâmica de Valadares. Para o efeito, efectuou-se o levantamento energético desta fracção autónoma. O valor total obtido para os ganhos térmicos foi de 8,7x107 kJ/dia, sendo 82% desta energia obtida na combustão do gás natural. Por outro lado, as perdas energéticas rondam os 8,2x107 kJ/dia, sendo o ar de exaustão e a envolvente os principais responsáveis, com um peso de 42 % e 38%, respectivamente. Tendo em conta estes valores, estudaram-se várias medidas de isolamento da cobertura, pavimento, paredes e saída de ar através de fendas do edifício. No caso do isolamento da cobertura sugeriu-se a substituição das telhas de fibrocimento e do isolamento actualmente existentes por painéis sandwich de cobertura. Esta acção permite uma poupança de 64.796€/ano, com um investimento de 57.029€ e o seu período de retorno de 0,9 anos. O Valor Actualizado Líquido (VAL) no 5º ano foi de 184.069€, com uma Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) de 92%. Para isolar o pavimento, sugeriu-se a utilização de placas de poliuretano expandido (PU) de 20mm de espessura. Assim, consegue-se uma poupança de 7.442 €/ano, com um investimento de 21.708€, e um tempo de retorno 2,9 anos. No final do 5º ano de vida útil do projecto, o VAL é de 4.070€ e a TIR 7%. Relativamente ao isolamento das paredes e pilares, sugeriu-se a utilização de placas de PU (30mm), recobertas com chapa de ferro galvanizado. O tempo de retorno do investimento é de 1,5 anos, uma vez que, o investimento é de 13.670€ e a poupança anual será de 9.183€. Esta solução apresenta no último ano um VAL de 12.835€ e uma TIR de 22%. No isolamento das fendas do edifício, sugeriu-se a redução de 20% da sua área livre. Esta medida de optimização implica um investimento de 8.000€, revelando-se suficientemente eficaz, pois apresenta um tempo de retorno de 0,67 anos. O VAL e a TIR da solução no último ano de vida útil do projecto de investimento são de 36.835€ e 35%, respectivamente. Por fim, sugeriu-se ainda a instalação de um sistema de controlo que visa o aproveitamento de ar quente proveniente do forno, instalado no piso inferior à olaria, para pré-aquecer o ar alimentado aos geradores de calor. Esta medida implicaria um investimento de 4.000€, com um tempo de retorno de 2,4 anos e uma poupança anual é de 1.686€. O investimento é aconselhável, já que, no 5º ano, o VAL é de 1.956€ e a TIR é de 17%.

Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.