SEMINÁRIO SOBRE ESTRATÉGIAS PARA O … · motores alternativos, equipamentos industriais e ... em materiais carbonizáveis. Aplicações na ... Experimentos com chamas

SEMINÁRIO SOBRE ESTRATÉGIAS PARA O DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIAS

AVANÇADAS DO INTERESSE DO COMANDO DA AERONÁUTICA

IEAv - Junho de 2005

IMPLANTAÇÃO NO PAÍS DE UMA REDE NACIONAL DE COMBUSTÃO

L.F. Figueira da Silva (PUC - Rio)e

D. Bastos-Netto (INPE -LCP)

Fomento à pesquisaem combustão

Importância da combustão

• Processo motor da civilização, • Presente há tempos imemoriais, • Permeia nossas vidas,• Responsável por 80% da energia gerada pelo

homem,• Permanece um fenômeno aberto.

Áreas de aplicação da tecnologia (1)• Combustão (propulsão aeroespacial, turbinas a gás,

motores alternativos, equipamentos industriais e domésticos, carvão pulverizado, biomassa, inicineradores, emissões de poluentes, catalítica)

• Gaseificação (biomassa, carvão),

• Pirólise (carvão, xistos, biomassa),

• Combustíveis,• Explosões e detonações,

Áreas de aplicação da tecnologia (2)

• Controle e combate a incêndios,• Dispersão de poluentes,• Queimadas,• Modelagem e simulação,• Desenvolvimento de instrumentação e técnicas de

diagnóstico.

Contexto internacional

• Combustion Institute (26 países);• Simpósio internacional bienal: 35 países

presentes, 280 apresentações orais, 1200 participantes. Média histórica: 1 apresentação e 1 participante brasileiro;

• Combustion and Flame: entre 1996 e 2002, apenas 7 artigos de brasileiros.

Contexto brasileiro (Lattes-2002)

• Palavra-chave combustão: 128 pesquisadores, 61 grupos de pesquisa.

• Descompasso!• Etapa inicial: ação induzida,• Etapa seguinte: Rede Nacional de

Combustão.

Objetivo

“Ser a referência no país para os setores produtivo e social e, desta forma, contribuir decisivamente para a superação de problemas científicos, tecnológicos, industriais, sociais e estratégicos no campo da Combustão e em setores correlatos”(CNPq, maio 2004)

Metas I• Atrair e formar recursos humanos altamente qualificados em

Combustão para atender às demandas acadêmicas, industriais e sociais;

• Gerar conhecimento novo e relevante em Combustão através do desenvolvimento de pesquisa em rede;

• Gerar inovação tecnológica em equipamentos, produtos e processos que utilizem Combustão;

• Agregar e fomentar a criação de novos grupos de pesquisa;

• Representar o Brasil em organismos internacionais multilaterais na área de Combustão;

Metas IIFomentar a interação com grupos de excelência no país e no exterior;

Identificar, caracterizar e mensurar as competências existentes e suas interações;

Inserir a ciência e a tecnologia da Combustão, como áreas prioritárias, junto aos órgãos competentes para a definição de políticas e financiamentos;

Garantir o constante crescimento e aprimoramento dos laboratórios e da infra-estrutura dos grupos participantes da rede;

Interagir e sensibilizar o setor produtivo para as mudanças tecnológicas geradas pelo conhecimento nacional;

Garantir os meios gerenciais adequados para o funcionamento efetivo da rede e sua divulgação.

Rede Nacional de CombustãoCIENTEC Leandro Dalla ZenEPUSP Guenther Carlos KriegerITA Pedro Teixeira LacavaIAE Wladimyr Mattos da Costa DouradoIEAv Alberto MonteiroINPE Demétrio Bastos Netto e Fernando de Souza Costa INT Mauricio Francisco Henriques JúniorIPT Lin Chau JenPUC – Rio Luis Fernando Figueira da SilvaUPE Leonardo Paes RangelUFBA Soraia BrandãoUFPA Manoel Fernandes Martins NogueiraUFSC Humberto Jorge JoséUNIFOR Heraldo da Silva CoutoUNESP João Andrade Carvalho JúniorUNB Carlos Alberto Gurgel VerasUNICAMP Waldir Bizzo

UFU Aristeu da Silva Neto (nov. 2004)

Realizações jul. 2004 fev. 2005Dois comitês técnicos em

funcionamento

Resposta ao EditalCNPq/CT-Energ 029/04

– Cadastrar as competências, realizações, projetos atuais, infra-estrutura e recursos humanos dos grupos participantes;

– Interagir com parceiros potenciais do setor produtivo que tenham gargalos a serem removidos na área de combustão aplicada à geração de energia elétrica;

– Articular com os membros da rede a fim de estabelecer parcerias entre os diferentes grupos envolvidos;

– Avaliar propostas de pesquisa e desenvolvimento recebidas das instituições envolvidas, sejam eles do setor acadêmico ou produtivo;

– Selecionar e estabelecer relações com parceiros internacionais; – Elaborar a proposta de rede nacional de combustão para a segunda fase

deste edital;– Redigir o regimento interno da rede nacional de combustão, a ser aprovado

por reunião plenária.

Resposta ao EditalCNPq/CT-Energ 029/04

Projetos demonstrativos:

• Gaseificação de Biomassa em Cogeração (UNIFOR: João Batista Furlan Duarte);

• Desenvolvimento de um gaseificador de bagaço de cana para geração de gás combustível e de síntese (IPT: Lin Chau Jen);

• Câmara de Combustão Ciclônica para Resíduos das Industrias Madeireiras (UFPA: Manoel Fernandes Martins Nogueira);

Resposta à demanda da RedeGasEnergia

• Foi discutida a demanda de planejamento estratégico da combustão para as indústrias chaves do PMUGN;

• Foi realizada a preparação de um portal da combustão, vinculado ao novo portal da RGE;

• Foi discutida a proposta de um projeto piloto visando a conversão de equipamentos industriais de OC para GN.

Resposta à demanda daRedeGasEnergia

Portal da Combustão:• Quem somos

• Nossas metas• Histórico• Comitês• Instituições membros e seus responsáveis• Pesquisadores participantes

• O que fazemos• Formação de mestres e doutores• Projetos• Publicações• Formação/extensão• Eventos

• Nossos parceiros• Instituições/ações• Nossa capacitação

• Documentos da RNC (área restrita a membros) • Ferramenta de busca


Projetos Piloto• Prospecção dos setores com maiores potenciais de

substituição de óleo combustível por gás natural: equipamentos atuais, tendências, proposições de mudanças (âncora: INT);

• Substituição de óleo combustível por gás natural em caldeiras (âncora: IPT);

• Desenvolvimento de aplicativo visual para simulação de caldeiras (IPT).

Relacionamento com o Combustion Institute

• Contatos informais favoráveis junto a diversos pesquisadores da comunidade internacional;

• Preparação e envio de correspondência para o comitê executivo do Combustion Institute;

• Necessidade de participar das atividades do Institute previamente à consitituição de umaseção brasileira.

Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas

• Organização e condução do processo de revisão dos artigos enviados ao ENCIT 2004;

• Criação do comitê de combustão e engenharia ambiental na ABCM;

• Organização do simpósio de combustão do Cobem 2005 (Ouro Preto, nov. 2005)

Ação Induzida para Formação de Doutores no Exterior (CNPq)

• Primeira chamada (2003): quatro bolsistas selecionados;• Segunda chamada (2004): quatro bolsistas selecionados;• Baixa demanda!!!

– IST - Portugal – ENSMA - França– ECAM (Poitiers) - França– Michigan – USA– Rouen – França– Georgia - USA – Cambridge - Inglaterra– Southampton - Inglaterra

• Terceira chamada (2005).

Perspectivas

Resposta ao Edital CNPq/CT-Energ 029/04

• Elaboração da proposta para a segunda fase (R$ 350.000,00; 12 a 24 meses), início em julho;

• “Projetos cooperativos em rede com o setor produtivo com o setor produtivo e que promovam o desenvolvimento científico e tecnológico e solucionem desafios da indústria de energia”;

• Detalhamento do projeto de consolidação de rede;• Natureza das parcerias com empresas;• Conclusão da compilação dos questionários.


• Implementação e operação do portal, da lista de discussão e da base de dados ;

• Execução dos projetos piloto; • Atendimento a novas demandas da RGE.

Outras ações para 2005

• Continuação da ação induzida no exterior;• Contatos com o Combustion Institute;• Inserção da combustão no CT-Petro, no FVA e

outros fundos;• Desenvolvimento de projetos em rede;• Organização do Simpósio de Combustão no

Cobem 2005;• Proposta de Instituto do Milênio.

INPE Ministério da Ciência e TecnologiaInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais

LABORATÓRIO ASSOCIADO DE COMBUSTÃO E PROPULSÃO

CENTRO ESPACIAL DE CACHOEIRA PAULISTA - CES

INPE Ministério da Ciência e Tecnologia

Instituto Nacional de Pesquisas EspaciaisLaboratório Associado de Combustão e Propulsão

Atividades do BTSA(Banco de Testes com Simulação de Altitudes)

• Ensaios em propulsores de 200N desenvolvidos em conjunto com a Equatorial.

• Ensaios de desenvolvimento em motores de 5N, para o sistema propulsivo da PMM (Plataforma Multi-Missão), em conjunto com a FibraForte.

Propulsor monopropelente de 5N a ser utilizado na PMM.

Vista da câmara de vácuo com propulsor bipropelente de 200 N



Atividades do BTSA

• Ensaios de P&D em propulsores de 400 N (motor de rolamento do VLS), em conjunto com o IAE/CTA.

• P&D em comportamento de pluma de propulsores, em condições variadas de altitudes simuladas.

Ensaios de um propulsor bipropelente de 200N.

Vista da câmara de vácuo com propulsor bipropelente de 400 N.



Atividades do BTCA(Banco de Testes em Condição Atmosférica)

• Ensaios de propulsor bipropelente de 380 N (motor de rolamento do VLS), desenvolvido pelo IAE e LCP, como parte do PRONEX 248/97.

Ensaios de propulsor bipropelente de 380N.

Vista da célula de ensaio(propulsor bipropelente – 400 N)



Atividades do Laboratório de Catálise do LCP

• Micropropulsão, Petroquímica, Oleoquímica

Setor Industrial• Contrato com a Companhia Brasileira de

Metalurgia e Mineração para desenvolvimento do óxido de nióbio na forma extrudada

• Acordo com a Formil Química para peletizaçãodo catalisador de redução de ésteres.

Setor Aeroespacial• Atividades de avaliação de catalisadores

impregnados com C para motores monopropelentes.

Laboratório de Moldagem de Catalisadores – construído com

recursos do projeto CBMM



Atividades do Laboratório de Catálise do LCP

Setor Industrial Petroquímico

• Projeto CTPetro/Petrobrás: Carbeto de Mo-Nb:

Avaliação de oxicarbetos de molibdênio-nióbio e

de sulfetos trimetálicos em reações de hidro-

tratamento e de hidrogenação de aromáticos de

gasóleos de petróleos brasileiros.

Síntese de Aluminas

“Pellets” de catalisador de redução de ésteres moldados no LCP


Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

• Atividade do Grupo de combustão de

Biomassa, cooperação entre o INPE,

FEG/UNESP, UnB, USDA, U. Washington,

INPA, UNEMAT, USP, U. de Montana e

IBAMA/PREVFOGO para quantificação da

emissão de poluentes na atmosfera e

sequestro de carbono durante processos de

queimadas, flamabilidade de liteira, e

incandescência de troncos.Queimada controlada na Amazônia.

Laboratório Associado de Combustão e Propulsão

Queimadas Controladas em Florestas Tropicais



Processos de Combustão Incandescente• Investigação teórica, numérica e experimental de processos de combustão

incandescente (queima sem chama ) em materiais carbonizáveis. Aplicações na prevenção e controle de incêndios, em estudos de queimadas e incêndios florestais.

Velocidade teórica da queima incandescente de um tronco em função da temperatura máxima.

Vista de um tronco incandescente.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

700 750 800 850 900Ts (K)

U (m

m/m

in)

d = 0.1 md = 0.2 md = 0.4 md = 0.8 m

a)



Propulsão Avançada

• Desenvolvimento de propulsor de plasma

pulsado para aplicação em controle de

atitude e correção de órbitas de satélites.

• Três protótipos foram testados em

câmara de vácuo.

Pluma de propulsor de plasma pulsado, em ensaio com simulação de altitude.




Objetivo:Desenvolver queimadores pulsantes para induzir a oscilação acústica em fornos de médio e grande porte.

Avaliar:Efeito da pulsação na incineração de resíduos sólidos;Emissão de poluentes;Mecanismo para induzir a oscilação acústica em uma câmara de combustão.

Queimadores Pulsantes Industriais

Sistema de incineração com forno rotativoe câmara secundária, com sistema de

oscilações acústicas acoplado em operação.




P&D no mapeamento de chamas turbulentas de gás natural, utilizando como técnicas de diagnóstico: tomografia usando câmeras CCD, termopares de fio fino, anemômetro de fio quente e sonda refrigerada para medida de concentrações.

Chamas Turbulentas de Gás Natural

Instalação experimental de jato em co-corrente para o estudo de chamas turbulentas.




● Experimentos com chamas turbulentas de gás natural com excitação acústica, para estudos de melhorias na eficiência de combustão e aumento nas taxas de transferência de calor convectivo.

Chamas Turbulentas Excitadas Acusticamente

Chama turbulenta sem atuação acústica e....


....chama turbulenta, nas mesma condições, com atuação acústica.



• Investigação teórica, numérica e experimental da queima de materiais celulósicos.

• Aplicações na prevenção e no controle de incêndios em construções, residências, equipamentos, veículos de transporte e em estudos de incêndios florestais e queimadas.

Combustão de Materiais Celulósicos


Bancada de testes de materiais celulósicos.



• Desenvolvimento de modelos teóricos e computacionais dos processos reativos em câmaras de combustão. Aplicações ao projeto de foguetes, turbinas e motores de combustão interna.

Modelamento de Processos Reativos


Diâmetro das gotas de combustíveis vaporizando ao longo da câmara de foguete bipropelente, usando

oxidante N2O4. P = 25 atm, D0 = 133 µm.

Velocidade das gotas de combustíveis vaporizando ao longo da câmara de um foguete bipropelente, usando

oxidante N2O4. P = 25 atm, D0 = 133 µm.



Experimentos para desenvolvimento de técnicas para perfuração de rochas graníticas e calcáreas através de jatos supersônicos, em convenio com Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES) e PUC Rio.

Perfuração de Rochas

Perfuração de rochas usando jatos supersônicos.




Equipamento para combustores supersônicos para SCRAMJETS.

O gerador, já montado, fornecerá 500 g/seg de ar a Mach 3-4, com temperatura de 1400-1600 K.

Combustão Supersônica com gerador de ar viciado

Montagem de gerador de ar viciado.




Principais Indicadores Físicos Operacionais


0

2468

10

NÚ

MER

O

1999 2000 2001 2002 2003 2004

ANO

TOTAL DE PUBLICAÇÕES INDEXADAS

0

0,2

0,4

0,6

0,8

IPU

B

1999 2000 2001 2002 2003 2004

ANO

ÍNDICE DE PUBLICAÇÕES INDEXADAS

00,5

11,5

22,5

3

IGPU

B

1999 2000 2001 2002 2003 2004

ANO

ÍNDICE GERAL DE PUBLICAÇÕES

0

10

20

30

40

50

NÚ

MER

O1999 2000 2001 2002 2003 2004

ANO

TOTAL DE PUBLICAÇÕES



RECURSOS FINANCEIROSDADOS APROXIMADOS


352624353818FONTES EXTERNAS

657476656282ORÇAMENTÁRIA

PARTICIPAÇÕES %

1.952.3352.063.2691.136.554920.008705.321647.032TOTAL

96.000PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS

678.435545.269274.132223.537267.293115.183FONTES EXTERNAS

1.273.9001.518.000862.422600.471438.028531.849SUBTOTAL

985.325900.000400.000CUSTEIO BTSA

288.575528.000412.212520.471316.452509.267CUSTEIO

090.00050.21080.000121.57622.582CAPITAL

200420032002200120001999ORÇAMENTÁRIOS



RECURSOS HUMANOS - FUNCIONÁRIOS


30293028292934TOTAL

3333333NÍVEL AUXILIAR

11111211131312NÍVEL MÉDIO

2222223BACHAREL ESPECIALIZADO

1132345MESTRE

131210108711DOUTOR

2004200320022001200019991998ENQUADRAMENTO INPE



RECURSOS HUMANOS – NÃO FUNCIONÁRIOS


362926182816Integral

182925192522ParcialTOTAIS

13131152IntegralPRESTADORES DE SERVIÇOS/OUTROS

24353Parcial

11IntegralPESQUISADORES VISITANTES

79107128ParcialESTAGIÁRIOS

14ParcialBOLSISTAS INICIAÇÃO CIENTÍFICA

812127119ParcialBOLSISTAS PG/OUTROS

1276366IntegralBOLSISTAS PG/INPE

22Parcial

119915167IntegralBOLSISTAS (PCI/PROJETOS)

200420032002200120001999TIPOCOLABORADORES



DIFICULDADES

1. Diminuição acentuada de recursos orçamentários na categoria custeio.

2. Nenhum recurso orçamentário na categoria capital.3. Não abertura de vagas nos concursos para pesquisadores

e tecnologistas.4. Morosidade nos processos de compras.


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