REDEMAT - Doutorado (Teses)

Permanent URI for this collection

https://monog.ufop.br/handle/123456789/450

Browse

Browsing REDEMAT - Doutorado (Teses) by Author "Assis, Carlos Frederico Campos de"

Now showing 1 - 6 of 6
  • No Thumbnail Available
    Item
    Análise energética, exergética e experimental em um motor de combustão interna usando como combustível os fluidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas.
    (2018) Oliveira, Tiago Luís; Assis, Paulo Santos; Leal, Elisângela Martins; Freitas, Suzy Magaly Alves Cabral de; Murta, Jorge Luiz Brescia; Destro, Elton; Leal, Elisângela Martins; Assis, Paulo Santos; Assis, Carlos Frederico Campos de
    Este trabalho visa realizar uma análise energética, exergética e experimental comparando um combustível fóssil (óleo diesel) e os efluentes obtidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas do Eucaliptus Citriodora, realizado pela UPEC-250, com produção de 250kg/h de carvão vegetal e potencial para (i) atender a demanda nacional (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal para a siderurgia e (ii) geração de eletricidade, com controle preciso da produção e adaptável às condições sustentáveis de manejo florestal. Neste sentido, uma revisão bibliográfica sobre pirólise e motores de combustão interna, uma análise energética e exergética teórica „single-zone model‟ em regime permanente foram elaboradas. A combustão foi modelada no software CEA (Chemical equilibrium with applications da NASA Glenn Research Center). Os resultados de caracterização física e de cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massa do GNC e do bio-óleo mostraram um PCI de 10.838,46 kJ/kg e 7.781,98 kJ/kg, respectivamente. A partir destes resultados, foi realizada a modelagem do processo de combustão em um motor Scania modelo DC13072A.403-487 a diesel (motor adquirido no projeto de pesquisa), variando a razão de equivalência de 0,8 a 1,2 para três situações: uma utilizando a mistura bio-óleo/diesel na proporção de 75%-25%, a outra utilizando apenas GNC e outra utilizando apenas o combustível Jet-A (semelhante ao diesel). Os resultados teóricos mostraram que para atingir o desempenho energético com óleo diesel, rendimento térmico de 41%, calor rejeitado nos gases de exaustão de 34,8%, calor rejeitado na refrigeração de 13,1%, calor rejeitado na lubrificação de 7% e perdas por radiação de 4,1% demandou-se 0,45 kg/s de combustível e 1084,69 kW de calor. O GNC atingiu estas condições a partir da razão de equivalência de 0,90 (0,4334 kg/s), o bio-óleo a partir de 0,8 (0,4418 kg/s) e o Jet-A em 0,9 (0,4334 kg/s). A análise exergética mostrou para o GNC um aumento de 25,76% a 29,37% na eficiência, para o bio-óleo/óleo diesel um aumento de 20,71% a 23,10% e para o Jet-A um aumento de 19,79% a 22,37%. O diâmetro do injetor, o SMD das gotículas e outras características do spray foram calculados. Foi realizado um ensaio experimental com uma mistura pré-aquecida (acima de 70°C) de óleo diesel/bio-óleo (S10-5). Verificou-se que o resultado estimado (1MWh) de eletricidade depende de melhorias na injeção de combustível, no comportamento do spray e em tecnologia para, diminuir a viscosidade do bio-óleo, produzir misturas com óleo diesel e alcançar escala industrial.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Caracterização de biomassas para a sua injeção em altos-fornos.
    (2014) Assis, Carlos Frederico Campos de; Assis, Paulo Santos
    A injeção de carvão pulverizado é praticada em mais de 600 altos-fornos em todo o mundo. A eficácia da substituição de coque por carvão mineral pulverizado já é comprovada em alto-forno, trazendo uma diminuição de custo de produção do ferro-gusa. Com a crescente preocupação da comunidade mundial com o meio ambiente, faz-se necessário encontrar um destino para os resíduos de agronegócios, bem como reduzir o impacto da siderurgia nos GEE. Uma alternativa para esses resíduos, com poder calorífico, seria utilizá-los como fonte energética. O presente trabalho mostra a viabilidade de utilizar casca de arroz, bagaço de cana, casca de café e casca de eucalipto, bem como capim-elefante (material renovável) como materiais para injeção em alto-forno, assim, substituindo parte ou todo o carvão mineral que é um material não renovável e causador de grande impacto ambiental na sua extração. Para simular a possibilidade de injetar materiais, uma modelagem física foi usada, a qual foi desenvolvida para este fim, com tal intuito considerando o elevado gradiente térmico sofrido pelo carvão pulverizado, injetado no alto-forno, e o baixo tempo de residência da partícula na zona de combustão. Outras técnicas são utilizadas para caracterizar os materiais, como classificação granulométrica, MEV, BET, Picnômetro, combustão, calorimetria, análise química imediata e elementar. A utilização das biomassas, através de sua injeção em altos-fornos, na siderurgia, mostrou-se viável tecnicamente, o que passa a contribuir para que a empresa tenha novas alternativas energéticas. Ao considerar a injeção de materiais carbo-hidrogenados, obtiveram-se os seguintes resultados: para taxa de injeção de 50 kg/ t gusa a melhor taxa de combustão foi 25% de casca de eucalipto e 75% de carvão vegetal. No caso da taxa de injeção de 100 kg/t gusa foi a mistura de 25% de bagaço de cana e 75% de carvão vegetal e a taxa de injeção de 150 kg/ t gusa foi de 25% de bagaço de cana e 75% de carvão vegetal. A técnica de injeção de materiais mistos pode ser uma forma de redução de gastos devido à substituição parcial dos insumos combustíveis já utilizados, diminuição na geração de gás efeito estufa e também uma forma de venda de crédito de carbono. Para injeção de 100 kg de bagaço de cana/t gusa, há uma diminuição da ordem de 30% na geração de “CO2” do alto-forno por tonelada de gusa produzida.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Estudo de viabilidade técnica e econômica do refino primário para uma mini-aciaria de 150.000 toneladas.
    (2016) Salles Júnior, Sinésio; Assis, Paulo Santos; Murta, Jorge Luiz Brescia; Assis, Paulo Santos; Assis, Carlos Frederico Campos de; Nascimento, Leandro Miranda; Gomes, Helton Cristiano
    Com o intuito de estabelecer diretrizes para a otimização da implantação de um novo refino primário, propomos o estudo de viabilidade a partir da análise comparativa de aspectos técnicos e econômicos de três tipos de fornos: o Forno a Arco Elétrico - FEA, o Forno de Indução - FI e o Forno de Energia Otimizada - EOF. Além da pesquisa em literatura especializada, foram também de grande importância as visitas feitas em renomadas empresas do setor. O forno a arco elétrico é um equipamento muito versátil para a produção de aço, permitindo produzir praticamente qualquer tipo de aço. Já o forno de indução consiste basicamente num transformador com o secundário em curto-circuito, e é hoje em dia bastante usado para a fusão de metais. O forno de energia otimizada, é um forno de refino associado com sucata pré-aquecida, trabalhando com sopro submerso de oxigênio, que reage com o carbono do ferro gusa e silício, transferindo uma porção de calor para o banho e gerando a formação de escória. Foi feito o estudo técnico e econômico, e estabelecemos planilhas a partir de preços e valores de consumo usuais. Após a realização de várias análises, concluiuse pela solução com o Forno a Arco Elétrico - FEA.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Influência da recuperação da reserva e disposição dos rejeitos no desenvolvimento sustentável de operações de minas no Quadrilátero Ferrífero.
    (2016) Gomes, Reinaldo Brandão; Assis, Paulo Santos; Tomi, Giorgio Francesco Cesare de; Araújo, Denilson Rodrigues de; Assis, Carlos Frederico Campos de; Murta, Jorge Luiz Brescia; Souza, Marcone Jamilson Freitas
    A máxima recuperação de reservas de minério de ferro e o tratamento adequado dos rejeitos são pontos críticos ao desenvolvimento sustentável de operações de mina. A qualidade dos granulados gera um impacto significativo nos sistemas de mina e siderurgia, com implicações em custos de operação e taxa de recuperação de reservas. Melhorar a qualidade dos minérios, por meio de métodos simples e inovadores pode maximizar a produtividade dos sistemas de mina, diminuir a geração de rejeitos, contribuir para a sustentabilidade, e permitir a transição para minérios mais pobres. Um modelo geometalúrgico dos granulados da Mina Pau Branco é apresentado para suportar um estudo econômico considerando volumes de reserva, qualidade de produtos e custos operacionais, baseado na resposta metalúrgica de diferentes tipologias. Amostras analisadas geraram os valores requeridos para o modelo. Deste modelo, um plano de produção alternativo foi desenvolvido com um impacto positivo de USD 25.6 M sobre o valor presente líquido do sistema mina/siderurgia. Também é descrito o resultado do estudo que suportou a implantação de uma instalação inovadora de desaguamento de rejeitos na Mina Pau Branco, contribuindo para seu desenvolvimento sustentável. Rejeitos de concentração magnética (> 45 microns) foram efetivamente desaguados por meio de peneiramento e lamas (< 45 microns) foram tratadas em filtro prensa horizontal, permitindo o empilhamento de todo o rejeito do processo, eliminando os riscos sócio/ambientais relativos ao uso de barragens. Uma comparação com a solução de barragem de rejeitos é apresentada, demonstrando que o investimento nesta solução é significativamente menor. A planta proposta neste estudo foi instalada em novembro de 2015.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Potencial de utilização do Biogás como combustível auxiliar em altos fornos brasileiros.
    (2017) Martins, Máximo Eleotério; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Assis, Carlos Frederico Campos de; Murta, Jorge Luiz Brescia; Sardi, Jaime Antônio
    A Ecologia Industrial representa a inter-relação propondo uma visão total do sistema e uma troca simbiótica de matéria e energia diminuindo os impactos negativos dessas atividades, mesmo em segmentos distintos como a pecuária e a metalurgia. A pecuária é uma atividade que altera significativamente as condições ambientais, principalmente quando utilizada na produção intensiva, onde a alimentação fornecida é industrial e a quantidade de excrementos sólidos rejeitados pela digestão é grande. Os resíduos podem ser tratados e reutilizados através da fermentação anaeróbica em biodigestores, produzindo o biogás, um combustível gasoso com um conteúdo energético elevado semelhante ao gás natural, composto, principalmente, por hidrocarbonetos de cadeia curta e linear. A metalurgia já utiliza a tecnologia de injeção de combustível auxiliar em altos-fornos. Os combustíveis mais utilizados são o gás natural e o carvão pulverizado, por issoo objetivo desse estudo é avaliar o potencial brasileiro de utilização do biogás pecuário em substituição à importação de gás natural trazendo vantagens sociais, econômicas e ambientais. Dentre elas, destacam-se a criação de fonte de renda em pequenas cidades, ao menor custo de investimento e do produto em comparação ao gás natural, a diminuição do uso de combustíveis fósseis e da emissão de gases de efeito estufa, além da produção de fertilizantes como subproduto nos biodigestores. Para esse estudo foram analisadas as características do biogás produzido pelos dejetos bovinos e suínos. O biogás derivado dos dejetos bovinos foram produzidos em laboratório em biodigestores de menor escala. O biogás de dejetos suínos além de sua produção em laboratórios foi realizado o acompanhamento em uma granja na região de Oratórios, MG. A viabilidade técnica do comportamento do biogás no alto forno foi realizada por simulações computacionais e para o planejamento energético e estudo de viabilidade do transporte do biogás, avaliou-se a região de Urucânia e Oratórios, no Estado de Minas Gerais, propondo assim a criação de uma Rede Industrial Ecológica. Os resultados apontaram que o biogás apresenta viabilidade técnica para ser utilizado como combustível auxiliar em alto forno e que o transporte mais viável para essa realização é a construção de gasoduto. A avaliação apontou que apenas 15% do rebanho nacional de suínos já possui o poder calorífico suficiente para a demanda de gás natural no setor. Logo, com a efetivação da pesquisa, além dos ganhos sociais, a atividade deixaria de enviar para a atmosfera 46.280,81 CH4t/ano e 89.648,81CO2t/ano, principais gases responsáveis pelo efeito estufa.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Redes neurais artificiais para modelagem de altos-fornos.
    (2019) Carvalho, Leonard de Araújo; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Assis, Carlos Frederico Campos de; Oliveira, Tiago Luís; Martins, Máximo Eleotério; Murta, Jorge Luiz Brescia
    O processo de redução do ferro é milenar. Desenvolvido ao longo dos séculos, ocupa, atualmente, papel de destaque no cenário produtivo mundial. No Brasil, a indústria siderúrgica se estabeleceu com uma produção expressiva, totalizando mais 30 milhões de toneladas em 2018, com impacto da ordem de 4% no PIB. A etapa do processo relacionada à obtenção de ferro-gusa é a de maior consumo de energia e custo operacional e, portanto, elemento de grande importância para estabelecer a competitividade do aço nacional. A principal forma de obtenção do ferro-gusa é via alto-forno, caracterizando-se como um processo de alta complexidade e com inúmeras variáveis a serem analisadas e controladas como, por exemplo, quantidade e qualidade da matéria-prima, temperatura de chama, troca de calor, tempo de corrida e parâmetros termodinâmicos, o que dificulta a modelagem da operação, apesar dos grandes avanços realizados na área. No que se refere a controles de processos complexos, verifica-se uma utilização crescente das redes neurais artificiais em função da sua versatilidade de aplicação e aumento da fidedignidade de respostas em comparação a outras técnicas de modelagem. A utilização de múltiplas redes neurais artificiais com características distintas para a modelagem de um processo tem a possibilidade de diminuir a margem de erro dos resultados obtidos, quando comparados com aquelas atuando de forma isolada; tal arranjo é denominado máquinas de comitê. Considerando a situação apresentada, realizou-se, neste projeto, o desenvolvimento de uma máquina de comitê para modelar três variáveis do processo de produção do gusa durante a operação de um alto-forno a coque. A máquina de comitê é composta por nove redes neurais artificiais distintas e utiliza 23 parâmetros de entrada para predizer cada uma das variáveis do estudo, a saber: i) predição do consumo de combustível (fuel rate), em função do seu impacto econômico no processo; ii) teor de silício no gusa, visando estabilidade térmica do processo; e iii) teor de enxofre, visando garantir qualidade do produto a ser entregue a aciaria. Utilizou-se a validação cruzada, do tipo k-fold, para avaliação do desempenho do modelo. Por fim, verificou-se que os resultados obtidos pela máquina de comitê foram menores do que aqueles das redes neurais atuando de forma isolada, conforme observado nos seguintes valores de Root Mean Square Error (RMSE): i) fuel rate: 4,88 (rede 1), 4,74 (rede 2), 6,14 (rede 3) e 4,67 (comitê); ii) teor de silício: 0,1061 (rede 1), 0,1266 (rede 2), 0,1120 (rede 3) e 0,0856 (comitê); iii) teor de enxofre: 0,00915 (rede 1), 0,00917 (rede 2), 0,00974 (rede 3) e 0,00726 (comitê). Considerando os resultados obtidos, o modelo pode ser utilizado para fornecer subsídios importantes no acompanhamento e tomada de decisão durante a operação.