Observations of ice multiplication in a weakly convective cell embedded in supercooled mid-level stratus

Simultaneous observations of cloud microphysical properties were obtained by in-situ aircraft measurements and ground based Radar/Lidar. Widespread mid-level stratus cloud was present below a temperature inversion (~5 °C magnitude) at 3.6 km altitude. Localised convection (peak updraft 1.5 m s−1) was observed 20 km west of the Radar station. This was associated with convergence at 2.5 km altitude. The convection was unable to penetrate the inversion capping the mid-level stratus. The mid-level stratus cloud was vertically thin (~400 m), horizontally extensive (covering 100 s of km) and persisted for more than 24 h. The cloud consisted of supercooled water droplets and small concentrations of large (~1 mm) stellar/plate like ice which slowly precipitated out. This ice was nucleated at temperatures greater than −12.2 °C and less than −10.0 °C, (cloud top and cloud base temperatures, respectively). No ice seeding from above the cloud layer was observed. This ice was formed by primary nucleation, either through the entrainment of efficient ice nuclei from above/below cloud, or by the slow stochastic activation of immersion freezing ice nuclei contained within the supercooled drops. Above cloud top significant concentrations of sub-micron aerosol were observed and consisted of a mixture of sulphate and carbonaceous material, a potential source of ice nuclei. Particle number concentrations (in the size range 0.1

Electrification of precipitating systems over the Amazon: Physical processes of thunderstorm development

This study investigated the physical processes involved in the development of thunderstorms over southwestern Amazon by hypothesizing causalities for the observed cloud-to-ground lightning variability and the local environmental characteristics. Southwestern Amazon experiences every year a large variety of environmental factors, such as the gradual increase in atmospheric moisture, extremely high pollution due to biomass burning, and intense deforestation, which directly affects cloud development by differential surface energy partition. In the end of the dry period it was observed higher percentages of positive cloud-to-ground (+CG) lightning due to a relative increase in +CG dominated thunderstorms (positive thunderstorms). Positive (negative) thunderstorms initiated preferentially over deforested (forest) areas with higher (lower) cloud base heights, shallower (deeper) warm cloud depths, and higher (lower) convective potential available energy. These features characterized the positive (negative) thunderstorms as deeper (relatively shallower) clouds, stronger (relatively weaker) updrafts with enhanced (decreased) mixed and cold vertically integrated liquid. No significant difference between thunderstorms (negative and positive) and nonthunderstorms were observed in terms of atmospheric pollution, once the atmosphere was overwhelmed by pollution leading to an updraft-limited regime. However, in the wet season both negative and positive thunderstorms occurred during periods of relatively higher aerosol concentration and differentiated size distributions, suggesting an aerosol-limited regime where cloud electrification could be dependent on the aerosol concentration to suppress the warm and enhance the ice phase. The suggested causalities are consistent with the invoked hypotheses, but they are not observed facts; they are just hypotheses based on plausible physical mechanisms.

Ecological impacts from syngas burning in internal combustion engine: Technical and economic aspects

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Cogasification of solid fuels

High efficiency gas turbine based systems, utility deregulation and more stringent environmental regulations strongly favor the use of natural gas over coal and other solid fuels in new electricity generators. Solid fuels could continue to compete, however, if a low cost gasifier fed by low cost feedstocks can be coupled with a gas turbine system. We examine on-site gasification of coal with other domestic fuels in an indirectly heated gasifier as a strategy to lower the costs of solid fuel systems. The systematics of gaseous pyrolysis yields assembled with the help of thermal measurement data and molecular models suggests blending carbonaceous fuels such as coal, coke or char with oxygenated fuels such as biomass, RDF, MSW, or dried sewage sludge. Such solid fuel blending can, with the help of inexpensive catalysts, achieve an optimum balance of volatiles, heating values and residual char thus reducing the technical demands upon the gasifier. Such simplifications should lower capital and operating costs of the gasifier to the mutual benefit of both solid fuel communities.

Análise técnica econômica de um gaseificador de biomassa de 100 kg/h para acionamento de um motor de combustão interna

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação da produção e combustão de gás de síntese oriundo de gaseificadores de leite fixo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação computacional de gaseificação de madeira de pequeno prte empregando um gaseificador downdraft

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Atendimento de energia elétrica domiciliar para comunidades isoladas de baixa potência do interior do estado do Pará através de um gaseificador de 1kw

No Pará, quase 21% de sua população, não tem acesso ao uso da energia elétrica na sua residência. Neste universo está o público alvo deste trabalho que são as comunidades isoladas. Dado a extensão territorial e a extensa bacia hidrográfica do Estado do Pará, estas comunidades dificilmente serão atendidas por extensão da rede de distribuição. A proposta deste trabalho consiste na sugestão de uso do caroço de Açaí como biomassa para um gaseificador indiano de 1 Kg/hora, co-corrente e topo aberto, adaptado e adequado às especificidades da região; o sistema de gaseificação é acoplado a um gerador de 2 KVA (Diesel ou Gasolina), para suprir com energia elétrica as comunidades isoladas, onde já existe a biomassa como resultado do processamento do Açaí e que vem sendo tratada como lixo. Neste contexto, foram pesquisados os programas governamentais que podem respaldar esta proposta, utilizando-a como uma das muitas opções de atendimento de energia elétrica através das fontes alternativas.

Aproveitamento da biomassa flutuante do Rio Madeira para geração de energia elétrica

A universalização do fornecimento de energia elétrica é uma meta ainda distante de ser alcançada na Amazônia brasileira, em face dos obstáculos geográficos, da dispersão de seus habitantes, da indefinição de tecnologias adequadas, além dos aspectos econômicos, em que pese ações governamentais, traduzidas no Programa Luz para Todos - PLpT, criado em 2003, cuja meta é atender a totalidade dos consumidores rurais até 2010, e a determinação da Agência Nacional de Energia Elétrica –ANEEL, responsável no Brasil pela regulação do setor elétrico, da obrigatoriedade da universalização até 2015. Este trabalho descreve pesquisa realizada no rio Madeira, na Amazônia brasileira, em que a geração de energia elétrica para atendimento de comunidades e pequenas cidades ao longo do rio, contribuindo para a universalização, pode ser viabilizada usando como fonte renovável inédita a biomassa lenhosa depositada no fundo do rio, decorrente de processos naturais, cuja retirada faz parte da rotina do Ministério dos Transportes, por obrigação legal, para viabilizar segurança na navegação. Como etapa inicial foram realizadas revisões bibliográficas para dar suporte à fundamentação teórica acerca de sistema elétrico brasileiro, universalização de acesso à energia elétrica, fontes renováveis na Amazônia, tecnologias para geração de eletricidade usando biomassa como fonte, subsídios no setor elétrico do Brasil, o rio Madeira, suas características e importância, além de ferramentas de análise de investimento. Em seguida, foram coletadas informações junto à AHIMOC, órgão responsável pela hidrovia do Madeira, quanto aos dados quantitativos e qualitativos da retirada de biomassa lenhosa do leito desse rio, bem como trabalhos de coleta in locu de amostras dessa biomassa para posterior análise de suas características físico-químicas em laboratório da UFAM. De posse dessas informações procedeu-se a avaliação de potencial de geração de energia elétrica da biomassa, assim como de rotas tecnológicas para tal. Os resultados obtidos das biomassas coletadas serviram como balizadores para confirmação de valores constantes na literatura e foram usados posteriormente na avaliação de potencial de geração de energia elétrica com identificação de rotas tecnológicas para tal. Etapa posterior contemplou a obtenção junto à concessionária de identificação e caracterização de potenciais mercados consumidores localizados na calha do Rio Madeira. Uma vez caracterizada a biomassa disponível, as possíveis rotas tecnológicas e os potenciais mercados consumidores, foram avaliados os aspectos tecnológicos, econômicos, ambientais, sociais e legais envolvidos. O estudo conclui pela competitividade do sistema de gaseificação, podendo contribuir para a universalização do acesso a eletricidade, cuja viabilização depende de adoção de política pública neste sentido, a partir de ações entre os Ministérios dos Transportes, de Minas e Energia e do Meio Ambiente. Conclui, também, pelo potencial de atração de capital privado, o que contribuiria para a redução de gastos públicos. Trabalhos futuros quanto à replicabilidade do estudo em áreas com fenômeno semelhante, bem como de oportunidades de uso de outras biomassas apresentam-se viáveis.

Caracterização de um gaseificador do tipo downdraft

A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO², CH⁴, SO², N² e NO^x) nos gases de combustão após a sistema de limpeza.

Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.

Simulação numérica da gaseificação de biomassa em leito fixo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade das sementes de açaí rejeitadas após beneficiamento em Belém – Pará, a fim de ser usada como fonte de biomassa para a produção de energia por gaseificação. Resultados da análise elementar obtidas no LABCAT – UNB em base seca foram obtidas com percentuais de Carbono, 46,06 %, Hidrogênio 6,01 % Oxigênio 43,37 %, Nitrogênio 4,33 % e Enxofre 0,08%. Tais valores entre outros parâmetros obtidos em estudo experimental realizados por Santos 2011 e Cruz, 2010, foram utilizados para realizar uma simulação numérica do processo de gaseificação por meio de um código FORTRAN zero dimensional desenvolvido especificamente para esta finalidade. Variações da influência da razão de equivalência e teor de umidade nas concentrações de CO, H2 e CH4 foram comparados a resultados experimentais. Um modelo transiente unidimensional também foi analisado. Utilizando a aplicação de um mecanismo de pirólise de dois passos onde o alcatrão primário (ou oxigenados) são inicialmente formados e então craqueados em alcatrão secundário (ou hidrocarbonetos) e outros gases combustíveis. Assim se revela a complexidade dos processos físicos e químicos que ocorrem no reator pelo uso do balanço de energia e massa e com informações das taxas de reação das reções químicas e os processos de transporte físicos. O modelo computacional é capaz de prever o perfil da composição de gases, temperatura, alcatrão primário e secundário ao longo do eixo longitudinal do gaseificador. Foram obtidos resultados para simulações realizadas nos dois modelos e posteriormente analisado tal comportamento em comparação ao resultado experimental obtidos por Santos (2011).

Fluid-dynamic assessment of sugarcane bagasse to use as feedstock in bubbling fluidized bed gasifiers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Analise técnico-econômica de um gaseificador Downdraft e de filtros para limpeza de gás de síntese

The biomass gasification systems have been used for a long time and prove to be a good alternative to the generation of energy problems. This type of management requires a simple installation and maintenance which gives them a high availability. In Biomass project via Call CTEnerg 33/2006-1, funded by the Ministry of Science and Technology - MCT - Brazil, the Group Energy Systems Optimization – GOSE - at FEG - UNESP built and tested two prototypes of gasifiers. These is fed with 25 kg / h of dry wood (chips), and 50 Nm3 / h of air to produce gas at a flow rate of approximately 70 Nm3 / h of wood (syngas) at a temperature approximately 600 ° C. In this work of graduation, studies were conducted on the materials used in both the gasifier as well as cleaning the filter synthesis gases. The system of gas cleaning and conditioning is vital to ensure the life of the Internal Combustion Engine. In this case the studies of different filters for small gasification systems (properties, materials used, characteristics, types, etc.) are very relevant to its use in the prototype of the college campus. Were also performed a technical and economic analysis of a cogeneration system that consists in the combination of the downdraft gasifier studied in this work, an internal combustion engine, two heat exchangers and a SRA (absorption system refrigerator). Were calculated the costs of electricity generation, hot water and cold water. Finally, we analyzed the economic feasibility of the project

Análise exergética e ecológica de um sistema compacto de cogeração operando com gás de síntese

The aim of this work is to make a qualitatively and ecologically evaluation of a compact cogeneration system that operates with synthesis gas obtained from a gasifier. Using the Eucalyptus Biomass as fuel, that passes through a wood gasifier (Drowndraft type) and supply the internal combustion engine. The compact cogeneration system is composed of two heat exchangers, an energy generator connected to an internal combustion engine and an absorption refrigeration system. The complete system is installed in the laboratory from the Energy Department at the University of Guaratinguetá. By the analysis related to the First and Second Thermodynamic Laws applied in this system, was possible to identify the mass flows in each point, energetic efficiency, irreversibility and exergetic efficiency. The components that have the biggest irreversibilities are the gasifier, followed by the internal combustion engine, which should be focused in future improvements. The system efficiency in energetic basis is 51,84% and in exergetic basis is 22,78%. Using the ecologic efficiency methodology was possible to identify the emissions rates, the pollution indicator associated to the combustion of the synthesis gas in the internal combustion engine. The ecologic efficiency considering the energectic analysis is 91,73%, while considering the exergetic analysis, 83,65%. It is concluded that the use of the synthesis gas in a compact cogeneration system is viable from the technical and ecological point of view, making possible to generate energy for isolated communities and promoting the decentralized electricity generation