Resumo: Este trabalho está subdividido em sete capítulos e duas etapas de pesquisa. Na introdução é feito um levantamento do histórico da matriz energética brasileira e da situação desta em relação à situação global. É apresentada, também, uma visão geral das formas convencionais de obtenção de energia, baseadas no petróleo, carvão e gás natural, e dos esforços recentes da pesquisa para obtenção de combustíveis alternativos a partir da biomassa; neste contexto, é feita uma apresentção sumária do Programa BEM (Biomassa-Energia-Materiais) que tem, como um de seus subprodutos, o Combustível Celulignina Catalítica, combustível sólido, objeto de estudo desta tese. Numa primeira etapa, compreendida pelos capítulos 2 e 3, são desenvolvidos os trabalhos de pesquisa básica visando a caracterização da celulignina como combustível: para isto, é feito um estudo da teoria envolvida no processo de combustão de partículas sólidas porosas através dos trabalhos de Essenhigh, que tiveram sua origem baseada em um trabalho de Thiele (1939) sobre atividade catalítica de grãos de catalisadores porosos. Para a obtenção dos resutados experimentais, procedeu-se com a queima de partículas isoladas de celulignina, auxiliada por feixe laser, sobre placa plana de vidro; no processo, mediu-se o tempo de queima e a intensidade de radiação integrada emitida em função do tempo, para posteriormente se levantarem as curvas de tempo de queima e potência específica média em função do diâmetro característico inicial da partícula; esta última curva é análoga ao fator de efetividade de Thiele e define um diâmetro ótimo de partícula na faixa de 100mm. Na segunda etapa dos trabalhos, estudam-se as aplicações da celulignina como combustível de caldeiras, turbinas tipo gás e Magnetohidrodinâmica (MHD). Para aplicação em caldeiras, simula-se a combustão da celulignina e de óleo combustível através do cálculo de equilíbrio químico: a comparação dos resultados mostra que o usoda celulignina é vantajoso neste caso. Para aplicação em turbinas tipo gás, foi projetada, construída e testada uma bancada de testes de combustão, além de se proceder com novas simulações da combustão aplicadas a este caso; os resultados experimentais desta etapa foram corroborados com os da etapa de pesquisa básica e se mostraram promissores do ponto de vista de aplicação tecnológica. Para aplicação em MHD, foram feitas simulações da combustão da celulignina aditivada com 1% de K2CO3 visando determinar concentração de íons no plasma gerado Ver menos

Abstract: This work is divided in eight chapters and two research levels. In the introduction, a hystorical overview of Brazilian energetic matrix and its situation into the global one is shown. It is also introduced a general overview on conventional ways of energy production from petroleum, coal and natural gas. The environmental problems originated from fossil fuels consumption gave rise to research efforts seeking for alternative fuels production from biomass. Into this context the BEM (Biomass-Energy-Materials) Program is introduced. The Catalytic Cellulignin Fuel, a solid fuel produced from biomass prehydrolisis, the research object of this thesis, is one of the products generated by the BEM Program Technology. Chapters 2 and 3 aim at the characterization of cellulignin as a new thermoelectric fuel based on fundamental laws of porous particle combustion. Our theoretical work is based on Essenhigh and Thiele's papers. Thiele's work (1939) discusses the activity of porous catalysts while Essenhigh's works are the expansion of the first one towards the combustion theory of porous cellulignin particles on at glass plates. During particle combustion, integrated radiation is measured as a function of time. Burning time and specific mean power emited are measured as a function of the initial characteristic diameter of particles. The last curve is analogous to Thiele's effectiveness factor and defines the optimum initial characteristic diameter of particles in the range of 100 mm for technological purposes. From chapter 4 through 7 are discussed technological applications for cellulignin. Chapter 4 treats cellulignin as a fuel for boilers. In this way, cellulignin and fuel oil combustion are simulated by chemical equilibrium calculation and boiler performance is analysed: the results show advantages on cellulignin use against fuel oil. Chapter 5 has preliminar experimental results from a Test Rig designed, assembled and tested by the author on cellulignin combustion for application as fuer for gas type turbines. Combustion data obtained match experimental results from laboratory. In chapter 6 cellulignin combustion simulation is used for high pressure combustor design to be used in a gaspe turbine. In chapter 7 cellulignin and natural gas combustion simulations are compared for MHD purposes. Chapter 8 shows the conclusions and perspectives for this thesis Ver menos