Pirólise de gás natural veicular com dióxido de carbono em uma tocha de plasma tipo tornado

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dc.contributor.advisor1Cunha, Alfredo Gonçalves
dc.contributor.authorRibeiro, Rafael Pires
dc.contributor.referee1Cunha, Alfredo Gonçalves
dc.contributor.referee2Vieira, Estéfano Aparecido
dc.contributor.referee3Freitas, Jair Carlos Checon de
dc.contributor.referee4Gontijo, Leonardo Cabral
dc.contributor.referee5Suave, Rogério Netto
dc.date.accessioned2018-08-01T22:29:42Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-01T22:29:42Z
dc.date.issued2015-04-30
dc.description.abstractThis paper evaluates the pyrolysis of Vehicular natural gas (GNV) with CO2 via a “tornado” gliding Arc plasma. This system type begins in thermal plasma and then evaluate to the non-thermal regime, with low current and high voltage under atmospheric pressure. Typically, this plasma has low power. The transient behavior is capable to stimulating chemical reactions in present gases, needn’t to heat it. At this work, it was developed in the laboratory a tornado plasma torch with copper electrodes, and a power supply of 7 kV with 80 mA. Parallel to the experimental development, it was made a plasma torch simulation by a computational fluid dynamics (CFD), which showed very similar results with the real torch behavior. It was realized seven tests that gas flow rates and anode diameter were varied. Flow rates were adjusted for the arc stability, which is relied heavily with the anode diameter. It was observed that, the decreased diameter of the anode allowed to increase the GNV / CO2 ratio and increased energetic efficiency in the H2 production. The maximum energetic efficiency was obtained for the anode with 5,0 mm of diameter, getting (11 ± 3) mol H2 per kW.h. This result is twice the amount reported in the literature by Xumei Tao (2011), and is equivalent to the results of thermal plasma torches, that have twice energetic efficiency in relation to the gliding arc. During testing, the GNV / CO2 ratio became higher than 1, there may be a situation that have a solid carbon production. This was verified at the end of work. The solid sample was characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, which demonstrated the presence of Graphitized and amorphous materials such as carbon black. The negative factor was the presence of CO2 gas in the final composition, since CO2 requires a higher temperature to be decomposed than CH4.
dc.description.resumoEste trabalho visou estudar a pirólise do gás natural veicular (GNV) com CO2 via um plasma intermediário de arco deslizante (Gliding Arc) do tipo tornado. Este tipo de plasma começa no regime térmico e a seguir migra para o regime não térmico, com baixa corrente e alta tensão, à pressão atmosférica. Normalmente, este plasma é de baixa potência. Devido ao seu comportamento transiente este é capaz de estimular reações químicas nos gases presentes, sem necessitar aquecer todo o gás. Para isto, foi desenvolvida no laboratório uma tocha de plasma do tipo tornado com eletrodos em cobre, bem como uma fonte de alimentação para 7 kV e 80 mA. Paralelamente ao desenvolvimento experimental foi feito uma simulação da tocha de plasma por fluidodinâmica computacional (CFD), que mostrou resultados bem parecidos com o comportamento real da tocha. Foram feitos sete testes em que foram variadas as vazões dos gases e diâmetro do anodo. As vazões foram ajustadas em função da estabilidade do arco, que dependia fortemente do diâmetro do anodo. Observou-se que, a diminuição do diâmetro do anodo permitiu um aumento na razão GNV/CO2 e um maior rendimento energético na produção do H2. O rendimento energético máximo obtido foi para o diâmetro de 5,0 mm do anodo, onde se obteve (11 ± 3) mol de H2 por kW.h. Este resultado é duas vezes o valor apresentado na literatura por Xumei Tao (2011), e é equivalente aos resultados das tochas de plasma térmico que apresentam o dobro do rendimento em relação ao arco deslizante. Durante os testes a razão GNV/CO2 chegou a ser maior que 1, situação em que pode haver a produção de carbono sólido. Fato este constatado ao final do trabalho. A amostra sólida foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X, onde se constatou a presença de material grafitizado e material amorfo como o negro de fumo. O fator negativo foi a grande presença de CO2 na composição final dos gases, pois o CO2 necessita de uma temperatura maior para ser decomposto e reagir com o CH4.
dc.formatText
dc.identifier.citationRIBEIRO, Rafael Pires. Pirólise de gás natural veicular com dióxido de carbono em uma tocha de plasma tipo tornado. 2015. 110 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Vitória, 2015.
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/7460
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Física
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.rightsopen access
dc.subjectNatural Gas Vehicle (NGV)eng
dc.subjectPlasma torcheng
dc.subjectX-Ray Diffractioneng
dc.subjectPyrolysiseng
dc.subjectGás Natural Veicularpor
dc.subjectTocha de plasmapor
dc.subjectDifração de Raios-Xpor
dc.subjectPirólisepor
dc.subject.br-rjbnPirólise
dc.subject.cnpqFísica
dc.subject.udc53
dc.titlePirólise de gás natural veicular com dióxido de carbono em uma tocha de plasma tipo tornado
dc.title.alternativePyrolysis of vehicular natural gas with carbon dioxide in a tornado plasma torch
dc.typemasterThesis
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