Pyrolysis and gasification of biomass and acid hydrolysis residues

This research was carried for an EC supported project that aimed to produce ethyl levulinate as a diesel miscible biofuel from biomass by acid hydrolysis. The objective of this research was to explore thermal conversion technologies to recover further diesel miscible biofuels and/or other valuable products from the remaining solid acid hydrolysis residues (AHR). AHR consists of mainly lignin and humins and contains up to 80% of the original energy in the biomass. Fast pyrolysis and pyrolytic gasification of this low volatile content AHR was unsuccessful. However, successful air gasification of AHR gave a low heating value gas for use in engines for power or heat with the aim of producing all the utility requirements in any commercial implementation of the ethyl levulinate production process. In addition, successful fast pyrolysis of the original biomass gave organic liquid yields of up to 63.9 wt.% (dry feed basis) comparable to results achieved using a standard hardwood. The fast pyrolysis liquid can be used as a fuel or upgraded to biofuels. A novel molybdenum carbide catalyst was tested in fast pyrolysis to explore the potential for upgrading. Although there was no deoxygenation, some bio-oil properties were improved including viscosity, pH and homogeneity through decreasing sugars and increasing furanics and phenolics. AHR gasification was explored in a batch gasifier with a comparison with the original biomass. Refractory and low volatile content AHR gave relatively low gas yields (74.21 wt.%), low tar yields (5.27 wt.%) and high solid yields (20.52 wt.%). Air gasification gave gas heating values of around 5MJ/NM3, which is a typical value, but limitations of the equipment available restricted the extent of process and product analysis. In order to improve robustness of AHR powder for screw feeding into gasifiers, a new densification technique was developed based on mixing powder with bio-oil and curing the mixture at 150°C to polymerise the bio-oil.

Thermochemical characterisation of various biomass feedstock and bio-oil generated by fast pyrolysis

The projected decline in fossil fuel availability, environmental concerns, and security of supply attract increased interest in renewable energy derived from biomass. Fast pyrolysis is a possible thermochemical conversion route for the production of bio-oil, with promising advantages. The purpose of the experiments reported in this thesis was to extend our understanding of the fast pyrolysis process for straw, perennial grasses and hardwoods, and the implications of selective pyrolysis, crop harvest and storage on the thermal decomposition products. To this end, characterisation and laboratory-scale fast pyrolysis were conducted on the available feedstocks, and their products were compared. The variation in light and medium volatile decomposition products was investigated at different pyrolysis temperatures and heating rates, and a comparison of fast and slow pyrolysis products was conducted. Feedstocks from different harvests, storage durations and locations were characterised and compared in terms of their fuel and chemical properties. A range of analytical (e.g. Py-GC-MS and TGA) and processing equipment (0.3 kg/h and 1.0 kg/h fast pyrolysis reactors and 0.15 kg slow pyrolysis reactor) was used. Findings show that the high bio-oil and char heating value, and low water content of willow short rotation coppice (SRC) make this crop attractive for fast pyrolysis processing compared to the other investigated feedstocks in this project. From the analytical sequential investigation of willow SRC, it was found that the volatile product distribution can be tailored to achieve a better final product, by a variation of the heating rate and temperature. Time of harvest was most influential on the fuel properties of miscanthus; overall the late harvest produced the best fuel properties (high HHV, low moisture content, high volatile content, low ash content), and storage of the feedstock reduced the moisture and acid content.

Thermal processing of miscanthus, sugarcane bagasse, sugarcane trash and their acid hydrolysis residues

The research presented in this thesis was developed as part of DIBANET, an EC funded project aiming to develop an energetically self-sustainable process for the production of diesel miscible biofuels (i.e. ethyl levulinate) via acid hydrolysis of selected biomass feedstocks. Three thermal conversion technologies, pyrolysis, gasification and combustion, were evaluated in the present work with the aim of recovering the energy stored in the acid hydrolysis solid residue (AHR). Mainly consisting of lignin and humins, the AHR can contain up to 80% of the energy in the original feedstock. Pyrolysis of AHR proved unsatisfactory, so attention focussed on gasification and combustion with the aim of producing heat and/or power to supply the energy demanded by the ethyl levulinate production process. A thermal processing rig consisting on a Laminar Entrained Flow Reactor (LEFR) equipped with solid and liquid collection and online gas analysis systems was designed and built to explore pyrolysis, gasification and air-blown combustion of AHR. Maximum liquid yield for pyrolysis of AHR was 30wt% with volatile conversion of 80%. Gas yield for AHR gasification was 78wt%, with 8wt% tar yields and conversion of volatiles close to 100%. 90wt% of the AHR was transformed into gas by combustion, with volatile conversions above 90%. 5volO2%-95vol%N2 gasification resulted in a nitrogen diluted, low heating value gas (2MJ/m3). Steam and oxygen-blown gasification of AHR were additionally investigated in a batch gasifier at KTH in Sweden. Steam promoted the formation of hydrogen (25vol%) and methane (14vol%) improving the gas heating value to 10MJ/m3, below the typical for steam gasification due to equipment limitations. Arrhenius kinetic parameters were calculated using data collected with the LEFR to provide reaction rate information for process design and optimisation. Activation energy (EA) and pre-exponential factor (ko in s-1) for pyrolysis (EA=80kJ/mol, lnko=14), gasification (EA=69kJ/mol, lnko=13) and combustion (EA=42kJ/mol, lnko=8) were calculated after linearly fitting the data using the random pore model. Kinetic parameters for pyrolysis and combustion were also determined by dynamic thermogravimetric analysis (TGA), including studies of the original biomass feedstocks for comparison. Results obtained by differential and integral isoconversional methods for activation energy determination were compared. Activation energy calculated by the Vyazovkin method was 103-204kJ/mol for pyrolysis of untreated feedstocks and 185-387kJ/mol for AHRs. Combustion activation energy was 138-163kJ/mol for biomass and 119-158 for AHRs. The non-linear least squares method was used to determine reaction model and pre-exponential factor. Pyrolysis and combustion of biomass were best modelled by a combination of third order reaction and 3 dimensional diffusion models, while AHR decomposed following the third order reaction for pyrolysis and the 3 dimensional diffusion for combustion.

Novel input-output prediction approach for biomass pyrolysis

Biomass pyrolysis to bio-oil is one of the promising sustainable fuels. In this work, relation between biomass feedstock element characteristic and pyrolysis process outputs was explored. The element characteristics considered in this study include moisture, ash, fix carbon, volatile matter, carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, and sulphur. A semi-batch fixed bed reactor was used for biomass pyrolysis with heating rate of 30 °C/min from room temperature to 600 °C and the reactor was held at 600 °C for 1 h before cooling down. Constant nitrogen flow rate of 5 L/min was provided for anaerobic condition. Rice husk, Sago biomass and Napier grass were used in the study to form different element characteristic of feedstock by altering mixing ratio. Comparison between each element characteristic to total produced bio-oil yield, aqueous phase bio-oil yield, organic phase bio-oil yield, higher heating value of organic phase bio-oil, and organic bio-oil compounds was conducted. The results demonstrate that process performance is associated with feedstock properties, which can be used as a platform to access the process feedstock element acceptance range to estimate the process outputs. Ultimately, this work evaluated the element acceptance range for proposed biomass pyrolysis technology to integrate alternative biomass species feedstock based on element characteristic to enhance the flexibility of feedstock selection.

Experimental deuteron momentum distributions with reduced final state interactions

This dissertation presents a study of the D( e, e′p)n reaction carried out at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) for a set of fixed values of four-momentum transfer Q 2 = 2.1 and 0.8 (GeV/c)2 and for missing momenta pm ranging from pm = 0.03 to pm = 0.65 GeV/c. The analysis resulted in the determination of absolute D(e,e′ p)n cross sections as a function of the recoiling neutron momentum and it's scattering angle with respect to the momentum transfer [vector] q. The angular distribution was compared to various modern theoretical predictions that also included final state interactions. The data confirmed the theoretical prediction of a strong anisotropy of final state interaction contributions at Q2 of 2.1 (GeV/c)2 while at the lower Q2 value, the anisotropy was much less pronounced. At Q2 of 0.8 (GeV/c)2, theories show a large disagreement with the experimental results. The experimental momentum distribution of the bound proton inside the deuteron has been determined for the first time at a set of fixed neutron recoil angles. The momentum distribution is directly related to the ground state wave function of the deuteron in momentum space. The high momentum part of this wave function plays a crucial role in understanding the short-range part of the nucleon-nucleon force. At Q2 = 2.1 (GeV/c)2, the momentum distribution determined at small neutron recoil angles is much less affected by FSI compared to a recoil angle of 75°. In contrast, at Q2 = 0.8 (GeV/c)2 there seems to be no region with reduced FSI for larger missing momenta. Besides the statistical errors, systematic errors of about 5–6 % were included in the final results in order to account for normalization uncertainties and uncertainties in the determi- nation of kinematic veriables. The measurements were carried out using an electron beam energy of 2.8 and 4.7 GeV with beam currents between 10 to 100 &mgr; A. The scattered electrons and the ejected protons originated from a 15cm long liquid deuterium target, and were detected in conicidence with the two high resolution spectrometers of Hall A at Jefferson Lab.^

Estudo de simulação de reservatórios para o desenvolvimento de um campo do nordeste brasileiro

In the last 16 years emerged in Brazil a segment of independent producers with focus on onshore basins and shallow waters. Among the challenges of these companies is the development of fields with projects with a low net present value (NPV). The objective of this work was to study the technical-economical best option to develop an oil field in the Brazilian Northeast using reservoir simulation. Real geology, reservoir and production data was used to build the geological and simulation model. Due to not having PVT analysis, distillation method test data known as the true boiling points (TBP) were used to create a fluids model generating the PVT data. After execution of the history match, four development scenarios were simulated: the extrapolation of production without new investments, the conversion of a producing well for immiscible gas injection, the drilling of a vertical well and the drilling of a horizontal well. As a result, from the financial point of view, the gas injection is the alternative with lower added value, but it may be viable if there are environmental or regulatory restrictions to flaring or venting the produced gas into the atmosphere from this field or neighboring accumulations. The recovery factor achieved with the drilling of vertical and horizontal wells is similar, but the horizontal well is a project of production acceleration; therefore, the present incremental cumulative production with a minimum rate of company's attractiveness is higher. Depending on the crude oil Brent price and the drilling cost, this option can be technically and financially viable.

Evaluation of the castability of a Co-Cr-Mo-W alloy varying the investing technique

O objetivo deste estudo foi comparar a fusibilidade de ligas de Co-Cr-Mo-W (Remanium 2000), Ni-Cr (Durabond) e Co-Cr-Mo (Vera-PDI), incluídas em revestimentos à base de fosfato, sílica ou utilizando uma técnica mista. Uma rede de nylon quadrada (10 X 10 mm) com 100 espaços abertos serviu de modelo para construção de padrões de cera, que foram incluídos com revestimento à base de sílica, revestimento fosfatado e técnica mista (camada de revestimento fosfatado com 2 mm de espessura + revestimento à base de sílica). Quarenta e cinco espécimes (5 para cada condição experimental) foram fundidos sob chama de gás-oxigênio e a seguir jateados com óxido de alumínio. O número de segmentos fundidos completos foi contado para obter uma percentagem designada como "valor de fusibilidade", representando a precisão da liga em reproduzir os detalhes do molde. A análise estatística por meio de ANOVA a dois critérios e teste Tukey mostrou que, comparando-se as ligas, a Remanium 2000 teve fusibilidade estaticamente semelhante (p>0,05) à da Vera PDI e inferior à da liga Durabond (p<0,05). Considerando os resultados da técnica mista, a liga Remanium 2000 teve menor valor de fusibilidade (p<0,05) que as ligas Durabond e Vera PDI, que apresentaram valores estatisticamente semelhantes entre si (p>0,05). Concluindo, a fusibilidade da liga de Co-Cr-Mo-W (Remanium 2000) foi comparável à da liga de Co-Cr (Vera PDI) e inferior à da liga de Ni-Cr alloy (Durabond). À exceção da liga Remanium 2000, a técnica de inclusão mista aumentou consideravelmente a capacidade das ligas testadas de reproduzir os detalhes do molde, quando comparada à técnica de inclusão em revestimento fosfatado. A técnica de inclusão mista representa uma alternativa para melhorar a fusibilidade de ligas de metais básicos sem afetar a qualidade superficial das peças metálicas.

Evaluation of the castability of a Co-Cr-Mo-W alloy varying the investing technique

O objetivo deste estudo foi comparar a fusibilidade de ligas de Co-Cr-Mo-W (Remanium 2000), Ni-Cr (Durabond) e Co-Cr-Mo (Vera-PDI), incluídas em revestimentos à base de fosfato, sílica ou utilizando uma técnica mista. Uma rede de nylon quadrada (10 X 10 mm) com 100 espaços abertos serviu de modelo para construção de padrões de cera, que foram incluídos com revestimento à base de sílica, revestimento fosfatado e técnica mista (camada de revestimento fosfatado com 2 mm de espessura + revestimento à base de sílica). Quarenta e cinco espécimes (5 para cada condição experimental) foram fundidos sob chama de gás-oxigênio e a seguir jateados com óxido de alumínio. O número de segmentos fundidos completos foi contado para obter uma percentagem designada como "valor de fusibilidade", representando a precisão da liga em reproduzir os detalhes do molde. A análise estatística por meio de ANOVA a dois critérios e teste Tukey mostrou que, comparando-se as ligas, a Remanium 2000 teve fusibilidade estaticamente semelhante (p>0,05) à da Vera PDI e inferior à da liga Durabond (p<0,05). Considerando os resultados da técnica mista, a liga Remanium 2000 teve menor valor de fusibilidade (p<0,05) que as ligas Durabond e Vera PDI, que apresentaram valores estatisticamente semelhantes entre si (p>0,05). Concluindo, a fusibilidade da liga de Co-Cr-Mo-W (Remanium 2000) foi comparável à da liga de Co-Cr (Vera PDI) e inferior à da liga de Ni-Cr alloy (Durabond). À exceção da liga Remanium 2000, a técnica de inclusão mista aumentou consideravelmente a capacidade das ligas testadas de reproduzir os detalhes do molde, quando comparada à técnica de inclusão em revestimento fosfatado. A técnica de inclusão mista representa uma alternativa para melhorar a fusibilidade de ligas de metais básicos sem afetar a qualidade superficial das peças metálicas.

Assessing hydrothermal liquefaction for the production of bio-oil and enhanced metal recovery from microalgae cultivated on acid mine drainage

The hydrothermal liquefaction(HTL) of algal biomass is a promising route to viable second generation biofuels. In this investigation HTL was assessed for the valorisation of algae used in the remediation of acid mine drainage (AMD). Initially the HTL process was evaluated using Arthrospira platensis (Spirulina) with additional metal sulphates to simulate metal remediation. Optimised conditions were then used to process a natural algal community (predominantly Chlamydomonas sp.) cultivated under two scenarios: high uptake and low uptake of metals from AMD. High metal concentrations appear to catalyse the conversion to bio-oil, and do not significantly affect the heteroatom content or higher heating value of the bio-oil produced. The associated metals were found to partition almost exclusively into the solid residue, favourable for potential metal recovery. High metal loadings also caused partitioning of phosphates from the aqueous phase to the solid phase, potentially compromising attempts to recycle process water as a growth supplement. HTL was therefore found to be a suitable method of processing algae used in AMD remediation, producing a crude oil suitable for upgrading into hydrocarbon fuels, an aqueous and gas stream suitable for supplementing the algal growth and the partitioning of most contaminant metals to the solid residue where they would be readily amenable for recovery and/or disposal.

Assessing hydrothermal liquefaction for the production of bio-oil and enhanced metal recovery from microalgae cultivated on acid mine drainage

The hydrothermal liquefaction(HTL) of algal biomass is a promising route to viable second generation biofuels. In this investigation HTL was assessed for the valorisation of algae used in the remediation of acid mine drainage (AMD). Initially the HTL process was evaluated using Arthrospira platensis (Spirulina) with additional metal sulphates to simulate metal remediation. Optimised conditions were then used to process a natural algal community (predominantly Chlamydomonas sp.) cultivated under two scenarios: high uptake and low uptake of metals from AMD. High metal concentrations appear to catalyse the conversion to bio-oil, and do not significantly affect the heteroatom content or higher heating value of the bio-oil produced. The associated metals were found to partition almost exclusively into the solid residue, favourable for potential metal recovery. High metal loadings also caused partitioning of phosphates from the aqueous phase to the solid phase, potentially compromising attempts to recycle process water as a growth supplement. HTL was therefore found to be a suitable method of processing algae used in AMD remediation, producing a crude oil suitable for upgrading into hydrocarbon fuels, an aqueous and gas stream suitable for supplementing the algal growth and the partitioning of most contaminant metals to the solid residue where they would be readily amenable for recovery and/or disposal.

Achievable sum-rate of multiuser massive MIMO downlink in ricean fading channels

We investigate the achievable ergodic sum-rate of multi-user multiple-input multiple-output systems in Ricean fading channels. We first derive a lower bound on the average signal-to-leakage-and-noise ratio by utilizing the Mullen's inequality, which is then used to analyze the effect of channel mean information on the achievable sum-rate. With these results, a novel statistical-eigenmode space-division multipleaccess downlink transmission scheme is proposed. For this scheme, we derive an exact closed-form expression for the achievable ergodic sum-rate. Our results show that the achievable ergodic sum-rate converges to a saturation value in the high signal-to-noise ratio (SNR) region and reaches to a lower limit value in the lower Ricean K-factor range. In addition, we present tractable upper and lower bounds, which are shown to be tight for any SNR and Ricean K-factor value. Finally, the theoretical analysis is validated via numerical simulations.

Gasificação de biomassa num reator de leito fluidizado à escala piloto

A gasificação de biomassa permite a produção de um gás combustível com capacidade para reduzir o consumo de combustíveis fósseis. Contudo, para promover a utilização deste processo a nível industrial é necessário ultrapassar diversas limitações e elaborar tecnologias de gasificação que sejam mais rentáveis e eficientes. No presente trabalho efetuou-se a gasificação direta com ar, num reator auto-térmico com um leito fluidizado borbulhante, de diferentes tipos de biomassa provenientes da floresta portuguesa, nomeadamente pellets de madeira e diferentes tipos de biomassa florestal residual derivada de eucalipto. A investigação foi realizada numa instalação à escala piloto localizada no Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro. A infraestrutura foi desenvolvida de modo a permitir o estudo do processo de gasificação de biomassa. O reator utilizado apresenta 3 metros de altura, consistindo a câmara de gasificação em 2.25 metros, 0.25 metros de diâmetro interno e uma potência entre 40 e 70 kWth. O leito é composto por areia (partículas com granulometria entre os 355 e 1000 µm) e tem uma altura de 0.23 m. A infraestrutura experimental oferece condições para efetuar a gasificação de biomassa, determinar a composição do gás produzido em termos de CO, CO2, H2, N2, CH4 e C2H4 e efetuar a sua combustão num queimador localizado a jusante do reator. O leito fluidizado operou com temperaturas médias entre os 700 e 850ºC. Para as razões de equivalência estabelecidas, entre 0.17 e 0.36, o gás seco apresentou uma composição que, em termos volumétricos e em função das condições operatórias, variou entre 14.0 a 21.4% CO, 14.2 a 17.5% CO2, 3.6 a 5.8% CH4, 1.3 a 2.4% C2H4, 2.0 a 10.2% H2 e 48.9 a 61.1% N2. A maior concentração de CO, CH4 e C2H4 foi observada durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17, contudo, a maior concentração de H2 foi obtida na gasificação de pellets de madeira com razão de equivalência de 0.25. Tendo em conta a composição gasosa, o poder calorífico inferior do gás seco encontrou-se entre 4.4 e 6.9 MJ/Nm3 e os valores mais elevados foram observados durante os processos de gasificação efetuados com menor razão de equivalência. A produção específica de gás variou entre 1.2 e 2.2 Nm3/kg biomassa bs, a eficiência do gás arrefecido entre 41.1 e 62.6% e a eficiência de conversão de carbono entre 60.0 e 87.5%, encontrando-se na gama dos valores reportados na literatura. A melhor condição, em termos da eficiência de gás arrefecido, consistiu na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.25, e em termos da produção específica de gás seco e eficiência de conversão de carbono, na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.35. Contudo, o gás com maior poder calorífico inferior foi obtido durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17. O reator demonstrou adequabilidade na gasificação de diferentes tipos de biomassa e foram observadas condições estáveis de operação, tanto em termos de temperatura como da composição do gás produzido. Geralmente, o gás apresentou propriedades combustíveis apropriadas para ser comburido de forma contínua e estável pelo queimador de gás, sem ser necessária uma fonte de ignição permanente ou a utilização de um combustível auxiliar.

Resource use and greenhouse gas emissions from grain-finishing beef cattle in seven Australian feedlots: a life cycle assessment

Grain finishing of cattle has become increasingly common in Australia over the past 30 years. However, interest in the associated environmental impacts and resource use is increasing and requires detailed analysis. In this study we conducted a life cycle assessment (LCA) to investigate impacts of the grain-finishing stage for cattle in seven feedlots in eastern Australia, with a particular focus on the feedlot stage, including the impacts from producing the ration, feedlot operations, transport, and livestock emissions while cattle are in the feedlot (gate-to-gate). The functional unit was 1 kg of liveweight gain (LWG) for the feedlot stage and results are included for the full supply chain (cradle-to-gate), reported per kilogram of liveweight (LW) at the point of slaughter. Three classes of cattle produced for different markets were studied: short-fed domestic market (55–80 days on feed), mid-fed export (108–164 days on feed) and long-fed export (>300 days on feed). In the feedlot stage, mean fresh water consumption was found to vary from 171.9 to 672.6 L/kg LWG and mean stress-weighted water use ranged from 100.9 to 193.2 water stress index eq. L/kg LWG. Irrigation contributed 57–91% of total fresh water consumption with differences mainly related to the availability of irrigation water near the feedlot and the use of irrigated feed inputs in rations. Mean fossil energy demand ranged from 16.5 to 34.2 MJ lower heating values/kg LWG and arable land occupation from 18.7 to 40.5 m2/kg LWG in the feedlot stage. Mean greenhouse gas (GHG) emissions in the feedlot stage ranged from 4.6 to 9.5 kg CO2-e/kg LWG (excluding land use and direct land-use change emissions). Emissions were dominated by enteric methane and contributions from the production, transport and milling of feed inputs. Linear regression analysis showed that the feed conversion ratio was able to explain >86% of the variation in GHG intensity and energy demand. The feedlot stage contributed between 26% and 44% of total slaughter weight for the classes of cattle fed, whereas the contribution of this phase to resource use varied from 4% to 96% showing impacts from the finishing phase varied considerably, compared with the breeding and backgrounding. GHG emissions and total land occupation per kilogram of LWG during the grain finishing phase were lower than emissions from breeding and backgrounding, resulting in lower life-time emissions for grain-finished cattle compared with grass finishing.

Estudo da gasificação do glicerol em reator de leito fixo

As metas da União Europeia para 2020 em termos de biocombustíveis e biolíquidos traduziram-se, na última década, num destaque da indústria de biodiesel em Portugal. Inerente ao processo de produção biodiesel está um subproduto, o glicerol bruto, cujo estudo tem vindo a ser alvo de interesse na comunidade científica. O objetivo principal deste trabalho consistiu no estudo da gasificação do glicerol técnico e do glicerol bruto, usando vapor como agente oxidante. Pretendeu-se avaliar a composição do gás de produção obtido e os parâmetros de gasificação, como a percentagem de conversão de carbono e de hidrogénio, o rendimento de gás seco, a eficiência de gás frio e o poder calorífico do gás produzido. No estudo da gasificação do glicerol técnico avaliou-se o efeito da temperatura na performance do processo, entre 750 – 1000 ºC, e estudou-se ainda o efeito do caudal de alimentação ao reator (3,8 mL/min, 6,5 mL/min e 10,0 mL/min). Para o caudal mais baixo, estudou-se o efeito da razão de mistura glicerol/água (25/75, 40/60, 60/40 e 75/25) e para a razão de mistura 60/40 foi avaliada a influência da adição de ar como agente gasificante. O estudo da gasificação do glicerol bruto foi feito realizando ensaios de gasificação numa gama de temperaturas de 750 ºC a 1000 ºC, para uma razão de mistura glicerol/água (60/40) com o caudal de 3,8 mL/min e usando apenas vapor de água como agente de gasificação. Os ensaios foram realizados num reator de leito fixo de 500 mm de comprimento e 90 mm de diâmetro interno, composto por um leito de alumina com partículas de 5 mm de diâmetro. O aquecimento foi realizado com um forno elétrico de 4 kW. A amostra de gás de produção recolhida foi analisada por cromatografia gasosa com detector de termocondutividade. Os resultados obtidos na gasificação do glicerol técnico, revelaram que a temperatura é uma variável preponderante no desempenho do processo de gasificação. À exceção do poder calorífico superior, para o qual se obteve uma ligeira diminuição de valores com o aumento da temperatura, os valores mais elevados dos parâmetros de gasificação foram obtidos para temperaturas superiores a 900 ºC. Esta temperatura parece ser determinante no modelo cinético de gasificação do glicerol, condicionando a composição do gás de produção obtido. Concluiu-se ainda que, na gama de caudais testada, o caudal de alimentação ao reator não teve influência no processo de gasificação. Os ensaios realizados para avaliar o efeito da razão de mistura permitiram verificar que, o aumento da adição de água à alimentação se traduz na redução do teor de CO e de CH4 e no aumento do teor de H2 e CO2, no gás de produção. Para a razão de mistura 25/75 foram obtidos valores de 1,3 para o rácio H2/CO para temperaturas superiores a 900 ºC. A influência da adição de água tornou-se mais evidente nos ensaios de gasificação realizados a temperaturas superiores a 900 ºC. Verificou-se um aumento da conversão de carbono, do rendimento de gás seco e da eficiência do gás frio e uma ligeira diminuição do poder calorífico e da potência disponível, no gás de produção. Para as razões de misturas 60/40 e 40/60 obtiveram-se resultados, para os parâmetros de gasificação, da mesma ordem de grandeza e com valores intermédios entre os obtidos para as razões de mistura 25/75 e 75/25. Porém, quanto maior o teor de água alimentado maior o consumo de energia associado à vaporização da água. Assim, o aumento do teor de água na mistura só apresentará interesse industrial se o objetivo passar pela produção de hidrogénio. Quanto ao efeito da adição de ar como agente de gasificação, os resultados obtidos dão indicação que se poderão potenciar algumas reações exotérmicas que contribuirão para a redução do consumo energético global do processo. Por outro lado, o gás de produção apresentou um rácio H2/CO interessante do ponto de vista da sua aplicação industrial, superior em 35 % ao verificado para a gasificação efetuada apenas na presença de vapor. À exceção do decréscimo no valor do poder calorífico superior do gás de produção, os restantes parâmetros estudados apresentaram a mesma ordem de grandeza, dos obtidos para o estudo da mesma razão de mistura na ausência de ar. Relativamente ao estudo da gasificação do glicerol bruto, obtiveram-se valores de rácio H2/CO e eficiência de gás frio mais elevados que os valores obtidos para a mesma razão de mistura usando glicerol técnico. Os demais parâmetros de gasificação avaliados mostraram-se semelhantes entre as duas matérias-primas, verificando-se apenas uma ligeira diminuição no valor do poder calorífico superior do gás produzido com glicerol bruto. Os resultados obtidos demonstram a possibilidade de valorização energética do glicerol bruto resultante da produção de biodiesel.

Otimização dos parâmetros de maquinagem no processo de fresagem

Cada vez mais, os principais objetivos na indústria é a produção a baixo custo, com a máxima qualidade e com o tempo de fabrico o mais curto possível. Para atingir esta meta, a indústria recorre, frequentemente, às máquinas de comando numérico (CNC), uma vez que com esta tecnologia torna se capaz alcançar uma elevada precisão e um tempo de processamento mais baixo. As máquinas ferramentas CNC podem ser aplicadas em diferentes processos de maquinagem, tais como: torneamento, fresagem, furação, entre outros. De todos estes processos, o mais utilizado é a fresagem devido à sua versatilidade. Utiliza-se normalmente este processo para maquinar materiais metálicos como é o caso do aço e dos ferros fundidos. Neste trabalho, são analisados os efeitos da variação de quatro parâmetros no processo de fresagem (velocidade de corte, velocidade de avanço, penetração radial e penetração axial), individualmente e a interação entre alguns deles, na variação da rugosidade num aço endurecido (aço 12738). Para essa análise são utilizados dois métodos de otimização: o método de Taguchi e o método das superfícies. O primeiro método foi utilizado para diminuir o número de combinações possíveis e, consequentemente, o número de ensaios a realizar é denominado por método de Taguchi. O método das superfícies ou método das superfícies de resposta (RSM) foi utilizado com o intuito de comparar os resultados obtidos com o método de Taguchi, de acordo com alguns trabalhos referidos na bibliografia especializada, o RSM converge mais rapidamente para um valor ótimo. O método de Taguchi é muito conhecido no setor industrial onde é utilizado para o controlo de qualidade. Apresenta conceitos interessantes, tais como robustez e perda de qualidade, sendo bastante útil para identificar variações do sistema de produção, durante o processo industrial, quantificando a variação e permitindo eliminar os fatores indesejáveis. Com este método foi vi construída uma matriz ortogonal L16 e para cada parâmetro foram definidos dois níveis diferentes e realizados dezasseis ensaios. Após cada ensaio, faz-se a medição superficial da rugosidade da peça. Com base nos resultados obtidos das medições da rugosidade é feito um tratamento estatístico dos dados através da análise de variância (Anova) a fim de determinar a influência de cada um dos parâmetros na rugosidade superficial. Verificou-se que a rugosidade mínima medida foi de 1,05m. Neste estudo foi também determinada a contribuição de cada um dos parâmetros de maquinagem e a sua interação. A análise dos valores de “F-ratio” (Anova) revela que os fatores mais importantes são a profundidade de corte radial e da interação entre profundidade de corte radial e profundidade de corte axial para minimizar a rugosidade da superfície. Estes têm contribuições de cerca de 30% e 24%, respetivamente. Numa segunda etapa este mesmo estudo foi realizado pelo método das superfícies, a fim de comparar os resultados por estes dois métodos e verificar qual o melhor método de otimização para minimizar a rugosidade. A metodologia das superfícies de resposta é baseada num conjunto de técnicas matemáticas e estatísticas úteis para modelar e analisar problemas em que a resposta de interesse é influenciada por diversas variáveis e cujo objetivo é otimizar essa resposta. Para este método apenas foram realizados cinco ensaios, ao contrário de Taguchi, uma vez que apenas em cinco ensaios consegue-se valores de rugosidade mais baixos do que a média da rugosidade no método de Taguchi. O valor mais baixo por este método foi de 1,03μm. Assim, conclui-se que RSM é um método de otimização mais adequado do que Taguchi para os ensaios realizados. Foram obtidos melhores resultados num menor número de ensaios, o que implica menos desgaste da ferramenta, menor tempo de processamento e uma redução significativa do material utilizado.