[pt] O presente trabalho, apresenta uma análise do impacto das variáveis, temperatura, tipo de atmosfera e composição dos materiais ferrosos e carbonosos, sobre a cinética da auto- redução, em dois tipos de briquetes auto-redutores, na faixa de temperatura de 1000 à 1300 graus Celsius. É apresentado um breve histórico da ciência de redução dos óxidos de ferro, além das características relevantes dos principais processos de auto-redução e uma análise dos principais trabalhos correlatos disponíveis na literatura, procurando evidenciar os aspectos termodinâmicos e cinéticos destes estudos. São discutidos detalhes do aparato disponível, o procedimento experimental, a caracterização das amostras, e os resultados obtidos. A partir da análise dos resultados, foi determinando a energia de ativação aparente (E0) igual à 177,10 kJ/mol e o fator de freqüência pré-exponencial da equação de Arrehnius (Constante da taxa 0) igual à 0,97x10-3 s-1. Foi observado que aumentos na temperatura de teste, diminuição na vazão de N2 e uso de atmosfera de CO, melhoraram significativamente a cinética de redução dos briquetes auto- redutores, aumentando os graus de conversão obtidos. Os resultados confirmaram que a reação de Boudouard se apresenta como a etapa controladora do processo até 1200 graus Celsius C, quando o controle passa a ser misto, sofrendo também a influência da reação química de redução dos óxidos de ferro. A importância destes resultados e observações experimentais para o desenvolvimento e projeto dos processos emergentes de auto-redução são destacados. / [en] The present work, analyzes the impact of the key variables, temperature, reduction atmosphere and composition of the ferrous and carbonaceous materials, on the kinetics of self- reducing briquettes, for two types of samples, over the temperature range 1000 - 1300 Celsius Degree. A brief history of the ironmaking science is presented, covering the most relevant features of the main self-reduction processes and a survey of the main published researches on the same subject relating to thermodynamic and kinetic aspects. The experimental procedure, details of the apparatus used, the experimental parameters, characterization of the samples and the results are described. Based on the results obtained, the kinetic parameters were evaluated determining the apparent activation energy (E0) as 177,10 kJ/mol and the pre-exponential frequency factor of the Arrehnius equation (ê0) as 0,97x10-3 s-1. It is observed that, increasing the temperature, decreasing the inert gas flow (N2) and using CO atmosphere, improves significantly the kinetics of reduction of self-reducing briquettes, raising the rate of iron oxide reduction. The results confirm that the Boudouard reaction is the rate limiting step of the overall reaction, up to 1200 Celsius Degree, when a mixed control starts, where the influence of the iron oxides reduction shall be also considered. The significance of this experimental results and observations to the design and the development of an innovative self-reduction smelting process are highlighted.

Due to the necessity of exploring new energy resources and growing concern about the environment is that studies and researches have been conducted on the intention to propose alternative uses for waste material, previously discarded, the example of waste of agricultural origin that are presented as strong candidates for biomass for energy generation. Considering the high generation of waste biomass of green coconut in Maceió-AL, through the consumption of the fruit by the industrial bottling coconut water and fresh consumption of fruits sold by traders the edge of Maceió, estimated at 1430 tonnes produced annually. This paper proposes the use of agro-industrial waste, in the form of briquettes, substituted firewood, mostly originating from illegal source, and used to obtain thermal energy in industrial furnaces. We evaluated the energy potential of biomass , their physicochemical characteristics pre and post briquetting, the processes involved in the production of briquettes from the bark of the coconut, which after processing can be classified powder and fiber, with 12% moisture showed a high calorific of 18,5 MJ/kg and 19,5 MJ/kg respectively. Furthermore, we evaluated the market for briquettes city from major manufacturers to current and potential customers, identifying a large space in trade for using the briquettes of coconut husk. / Diante da necessidade da busca por novos recursos energéticos e da crescente preocupação com o meio ambiente, estudos e pesquisas vêm sendo realizados com o objetivo de propor alternativas para o uso de resíduos antes descartados, a exemplo dos resíduos de origem agrícola, que se apresentam como fortes candidatos à biomassa para geração de energia. A alta geração de biomassa residual do coco verde na cidade de Maceió -AL, originária do consumo in natura dos frutos vendidos por comerciantes na orla da cidade e do consumo do fruto por parte das indústrias de envase de água de coco, foi estimada em 1.430 toneladas produzidas anualmente nos pontos de estudo. O presente trabalho avaliou a utilização deste resíduo agroindustrial, sob forma de briquete, como substituto à lenha, na maioria das vezes oriunda de fonte ilegal e utilizada na obtenção de energia térmica em fornos industriais. Foi determinado o potencial energético dessa biomassa, suas características físico-químicas pré e pós-briquetagem e os processos envolvidos na produção de briquetes a partir da casca do coco verde. Após processamento, os mesmos foram classificados em briquetes de pó e de fibra, apresentando 12% de umidade e elevado poder calorífico, com 18,5 MJ/kg e 19,5 MJ/kg, respectivamente. Analisou-se, ainda, o mercado de briquetes na cidade, desde os principais fabricantes aos atuais e possíveis consumidores, identificando um grande espaço no comércio para o uso do briquete de casca de coco verde.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-06-28T16:41:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T16:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) Previous issue date: 2015-12-09 / Este trabalho investigou algumas propriedades das biomassas (sementes, cascas, grãos das sementes, óleos brutos e purificado, tortas de prensagem e da extração com hexano e biodiesel metílico do óleo) da Moringa oleifera Lamarck, partindo de suas vagens (frutos maduros), para aplicação energética. O óleo obtido dos grãos por prensagem mecânica teve média de 11,36% e 36,48% por extração com hexano. As biomassas da moringa apresentaram teores de umidade entre 0,06 e 10,86%, cinzas entre 0,07 e 5,61% e poderes caloríficos inferiores entre 15,87 e 37,53 MJ/kg, mostrando-se favoráveis como biocombustíveis renováveis. Os óleos brutos obtidos (por prensagem e por solvente) apresentaram os seguintes resultados: índice de saponificação (180,55 e 179,38 mgKOH/g), índice de iodo (68,93 e 70,71 gI2/100g), índice de acidez (8,85 e 20,54 mg KOH/g), índice de peróxido (3,34 e 5,42 meq O2/kg), teor de água (876,6 e 632,0 mg/kg), turbidez (64,1 e 12,6 NTU), massa específica (909,5 e 907,2 kg/m3 a 20 oC) e viscosidade cinemática (43,6 e 39,1 mm2/s a 40 oC), respectivamente. O óleo bruto misto (1:4) foi degomado, neutralizado, lavado e seco e depois de purificado, caracterizado em turbidez, massa específica, viscosidade cinemática e, principalmente, índice de acidez (0,25 mg KOH/g), índice de peróxido (não detectado) e teor de água (630,2 mg/kg), enquadrando-se nas condições de matéria-prima de biodiesel (máximos de 0,5 mg KOH/g no índice de acidez e 1000 mg/kg no teor de água). O óleo purificado foi convertido em biodiesel metílico em transesterificação alcalina homogênea, razão molar 1:6 (óleo:metanol), a 60 oC por 1 hora com KOH como catalisador e agitação mecânica de 300 rpm. O biodiesel purificado apresentou massa específica de 869 kg/m3 (20 oC), viscosidade cinemática de 5,5 mm2/s (40 oC), teor de éster de 86,2% e 98,23% (em microescala, ratificando a viabilidade do método de produção), índice de acidez de 0,43 mg KOH/g e teor de água de 615,8 mg/kg. As biomassas sólidas da moringa (sementes, tortas e cascas das sementes) apresentam alto potencial para produção de briquetes ou lenha ecológica devido ao seu valor do poder calorífico inferior (entre 15,87 e 23,31 MJ/kg) e tecnologia produtiva simples e acessível. Os resultados mostram que a moringa é uma planta facilmente explorável como energética sustentável, especialmente partindo-se das suas vagens e sementes. / This work investigated some properties of the biomasses (seeds, seed husks, oilseed grains, crude and purified oils, cakes by pressing and by hexane extraction and the methylic biodiesel oil) of Moringa oleifera Lamarck, starting with its seedpods (ripe fruits), in energetic application. The oil obtained from the grains by mechanical pressing had an average yield of 11.36% and of 36.48% by hexane extraction. The moringa biomasses presented water content between 0.06 and 10.86%, ash content between 0.07 and 5.61%, and calorific values between 15.87 and 37.53 MJ/kg, being suitable as renewable biofuels. The crude oils obtained (for mechanical pressing and for by solvent extraction) presented the results: saponification índex (180.55 and 179.38 mgKOH/g), iodine value (68.93 and 70.71 g I2/100g), acidity index (8.85 and 20.54 mg KOH/g), peroxide índex (3.34 and 5.42 meq O2/kg), water content (876.6 and 632.0 mg/kg), turbidity (64.1 and 12.6 NTU), specific mass (909.5 and 907.2 kg/m3) and kinematic viscosity (43.6 and 39.1 mm2/s), respectivelly. The mixed crude oil (1:4) was refined in four steps: degumming, neutralization, washing and drying, and after purified, was characterised by turbidity, specific mass, kinematic viscosity and, especially, acidity index (0.25 mg KOH/g), peroxide index (not detected) and water content (630.2 mg/kg), adequate in feedstock of biodiesel (maxim of 0.5 mg KOH in acidity index and 1000 mg/kg in water content). The purified oil was converted to methylic biodiesel by homogeneous alkaline transesterification, molar ratio 1:6 (oil:methanol), at 60 °C for 1 hour with KOH as catalyst and mechanical stirring at 300 rpm. The purified biodiesel presented specific mass of 889 kg/m3 (20 oC), kinematic viscosity of 5.5 m2/s (40 oC), ester content of 86.2% and 98.23% (in microscale, ratifying the viability of the method of production), acidity index of 0.43 mg KOH/g and water content of 615.8 mg/kg. The solid moringa biomasses (seeds, cakes and the seed husks) show high potential for the production of briquettes or ecological firewood due to their adequate lower calorific value (between 15.87 and 23.31 MJ/kg) and simple and accessible technological production. The results show that moringa is an easily exploitable plant for sustainable energy, especially its seedpods and seeds

Nos últimos anos, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para a redução da emissão de gás carbônico, um dos principais causadores do efeito estufa. Na indústria de ferro e aço, grande emissora de gás carbônico, tecnologias para uso mais eficiente de carvão fóssil tem sido desenvolvidas. Uma dessas tecnologias é o produto chamado de CCB (Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette), um composto de minério de ferro e carbono briquetado a quente que usa a plasticidade térmica do carvão fóssil como aglomerante para aumento da resistência mecânica do aglomerado. Esse produto tem como vantagens a alta velocidade de reação e alta resistência mecânica a altas temperaturas, diferentemente das pelotas autorredutores que usam aglomerantes inorgânicos. Os objetivos deste trabalho foram: (a) propor um método para a fabricação de aglomerados autorredutores de minério de ferro e carvão fóssil via briquetagem a frio seguida de tratamento térmico; (b) identificar a principais variáveis de processo de fabricação; e (c) estudar o comportamento cinético durante a redução dos briquetes produzidos. Para fabricar os briquetes foram utilizados dois métodos de briquetagem, um em matriz cilíndrica de compressão uniaxial, e outro em prensa de rolos. Foram identificadas as principais variáveis de processo na fabricação dos briquetes: temperatura de tratamento térmico; tamanho de partícula dos componentes da mistura; características do carvão fóssil; pressão de compressão na conformação dos briquetes; proporção dos componentes; e taxa de aquecimento do tratamento térmico. A qualidade dos briquetes foi mensurada por sua resistência à compressão. Foi observado que a obtenção de um briquete autorredutor comparável com os CCBs, deve levar em conta as seguintes condições de fabricação: (a) tamanho de partícula do carvão fóssil entre 0,105 e 0,053 mm (150 e 270 mesh); (b) quantidade de carvão fóssil na mistura entre 25 e 30% em peso; e (c) temperatura de tratamento térmico de 500°C. Além disso, quanto maior a taxa de aquecimento do tratamento térmico, maior a resistência à compressão dos briquetes. A cinética de redução dos briquetes autorredutores tratados termicamente é bastante sensível à temperatura (E = 369 kJ/mol), principalmente quando comparada a pelotas autorredutoras de minério de ferro e carvão vegetal (E 200 kJ/mol). / In recent years, new technologies have been developed to reduce carbon dioxide emissions, one of the main causes of the greenhouse effect. Innovative energy saving technologies have been developed to improve the efficiency of coal usage, especially in the iron making industry, which emits large amounts of carbon dioxide. One of these technologies is a product known as CCB (Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette), a self-reducing carbon composite iron ore that uses the thermal plasticity of coking coals as a binder to enhance the mechanical strength of the agglomerate. This product has advantages such as high reaction rate and high mechanical strength at high temperatures when compared against self-reducing pellets that uses inorganic binders. The objectives of this study are: (a) to propose a method for manufacturing composite briquettes of iron ore and coal hardened by heat treatment; (b) to identify the main process variables of the fabrication; and (c) to study the agglomerate reduction kinetics. Two methods of briquetting have been employed, one using a cylindrical die and the other using a laboratory roller press. The main process variables for manufacturing the briquettes have been identified: the heat treatment temperature; the particle size of the components; the coal characteristics; the briquetting pressure; the proportion of the components; and the heating rate. Compressive strength tests have been performed. It was observed that obtaining a self-reducing briquette as strong as the CCB should consider the following fabrication conditions: (a) coal particle size between 0,105 and 0,053 mm (150 and 270 mesh); (b) coal amount in the mixture between 25 and 30 wt%; and (c) heat treatment temperature of 500°C. Also, higher heating rates showed higher briquette compressive strengths. The self-reducing briquettes reduction kinetics are very sensitive to temperature (E = 369 kJ/mol), especially when compared against self-reducing pellets of iron ore and charcoal (E 200 kJ/mol).

A utilização de briquetes de misturas de carvão fóssil e biomassa em substituição ao coque como agente redutor pode contribuir para a diminuição das emissões de CO2 à atmosfera no processo de redução de minério de ferro. O fenômeno do amolecimento e fluidificação do carvão fóssil durante o aquecimento permite que o mesmo absorva certa quantidade de materiais inertes à coqueificação durante o tratamento térmico. O objetivo deste trabalho é correlacionar o efeito das principais variáveis de processo de fabricação (temperatura e tempo de tratamento térmico, tamanho de partícula dos componentes, porosidade e proporção de carvão vegetal e carvão fóssil) sobre as propriedades obtidas (resistência mecânica e reatividade ao CO2) de briquetes compostos de misturas de carvão fóssil e carvão vegetal, para uso na indústria siderúrgica. Briquetes de dois formatos diferentes foram preparados em matriz cilíndrica e em maquina briquetadeira e tratados termicamente em forno vertical aquecido com resistência elétrica sob atmosfera de nitrogênio. A resistência à compressão dos briquetes foi analisada em função das seguintes variáveis: proporção de carvão fóssil e carvão vegetal, taxa de aquecimento do tratamento térmico e tamanho de partícula dos carvões. A reatividade ao CO2 dos briquetes tratados termicamente foi analisada em função das seguintes variáveis: temperatura de ensaio e vazão de CO2. Foram comparados os resultados obtidos de ambos os formatos de briquetes. Com o aumento da proporção de carvão vegetal nos briquetes cilíndricos de biocoque, a densidade aparente e a resistência à compressão após tratamento térmico aumentaram para as misturas contendo 5, 10 e 15% de carvão vegetal. A partir dessa composição (15% de carvão vegetal) tanto a densidade final quanto a resistência à compressão apresentaram diminuição. Encontrou-se que tanto os briquetes cilíndricos a verde quanto os briquetes tratados termicamente apresentam perda de resistência mecânica com o aumento do tamanho de partícula do carvão fóssil. Os melhores valores de resistência à compressão foram obtidos em briquetes feitos com carvão fóssil em mistura de 15% em peso de carvão vegetal, tamanho de partícula abaixo de 0,044 mm, tratados termicamente a 1100°C durante 8 horas. Com o aumento na adição de carvão vegetal nos briquetes compostos de carvão fóssil e carvão vegetal, observou-se um aumento da reatividade do biocoque ao CO2. As micrografias dos briquetes tratados termicamente mostraram que a textura dos briquetes tende a ser mais homogênea com aumento de carvão vegetal de madeira na mistura. Os briquetes de biocoque fabricados em briquetadeira permitiram a ampliação do processo de fabricação de briquetes a uma escala laboratorial maior e mostraram a viabilidade industrial na fabricação do biocoque. Encontrou-se que a adição de carvão vegetal de madeira na mistura influencia diretamente na resistência a compressão e a reatividade ao CO2, devido a diferentes fatores como a composição das cinzas da madeira, a diminuição da fluidez devido à ação do inerte na mistura a carbonizar, a formação de uma estrutura porosa dentro da matriz carbonosa. Não encontrou-se correlação entre o índice de alcalinidade dos briquetes e sua reatividade ao CO2. / The substitution of metallurgical coke by briquetted mixtures of coal and biomass as a reducing agent can lower the emissions of greenhouse gases (CO2) in the iron and steelmaking industry. The thermal plasticity of the coking coal can be used to absorb an amount of inert materials during heat treatment. The objective of this study is to correlate the effect of the main processes variables (heat treatment temperature and duration, particle size of the materials, porosity and coal and charcoal ratio) on the properties (compressive strength and CO2 reactivity) of briquetted mixtures of coal and charcoal. Two types of briquettes were produced, one in a cylindrical die and another in a laboratory briquetting machine. The briquettes were heat treated in a vertical electrical furnace under nitrogen atmosphere. The compressive strength of the briquettes was analyzed as a function of the following variables: coal and charcoal ratio, heating rate and particle size. The CO2 reactivity of the heat treated briquettes was analyzed as a function of the following variables: temperature and CO2 flow. For the cylindrical briquettes, the increase of charcoal (5, 10, 15 wt%) in the coal-charcoal mixtures caused an increase on the bulk density and on the compressive strength of the heat treated briquettes. Above 15 wt% of charcoal in the mixtures, the bulk density and the compressive strength decreased. It was found out that both green and heat treated briquettes had a decrease in compressive strength with the increase of the coal particle size. Optimum results of compressive strength were obtained in the briquettes with 15 wt% of charcoal, particle size <0.044 mm, heat treatment temperature of 1100°C for 8 hours. The increase in charcoal proportion caused an increase in the CO2 reactivity of the briquettes. The SEM micrographs of the heat treated briquettes showed that the texture of the briquettes tend to be more homogeneous with the increase of charcoal in the mixture. The properties of the briquettes produced in the laboratorial briquetting machine showed that a large scale production could be viable. Also, it was found out that the addition of wood charcoal in the mixture directly affects the compressive strength and the CO2 reactivity of the briquettes due to factors such as: the ashes composition, the decrease in fluidity because of the inert material in the mixture, the formation of a porous structure inside the carbon matrix. It was not found a relation between the alkalinity index and the CO2 reactivity in the briquettes.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:44:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5993007 bytes, checksum: 2f921cabd84c125ebf8225498eb3cc01 (MD5) Previous issue date: 2013-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ninety-eight percent of Rio Grande do Norte territory are included in the so-called Desertification Susceptible Areas in Brazil (ASD). In Lower-Açu, native forest s systematic and uncritical deforestation in order to attend ceramist polo and small local industries needs has intensified the framework of environmental devastation, now considered serious by the Ministry of Environment. The field survey designed to measure the consumption of firewood and charcoal in the region revealed that the demand for these two fuels is eight times greater than the supply, according to IBGE data on extractive production of the nine counties that comprise the region. This study examined the viability of implanting an embryo of briquettes Local Productive Arrangement production (ecological firewood) on Ipanguaçu Campus of The Federal Institute of Education, Science and Technology of Rio Grande do Norte in order to contribute in the development of public policies that promote the recovery of deforested areas and alleviating human pressure on Caatinga. The briquettes would be produced to replace firewood and charcoal as fuel, especially in the ceramic industries polo of that region. The main raw material are the waste from the carnauba wax production, and they will be enough to ensure the production of five plants with a production capacity of 4800 ton of briquettes per year each. Besides carnauba straw, elephant grass will be used to compose 20% of briquettes blend. Estimative of biofactory s maintenance costs were made having as parameter a similar industrial plant data, located in Paraná. These data were summarized in spreadsheets Make Money software, used in economic viability evaluations based on sealers such as Net Present Value (NPV), Payback and Internal Rate of Return (IRR). The results confirmed that the project is viable. Besides the analysis for the real factory, under construction on IFRN campus, this work has produced two other products: the economic viability analysis of a more commercial factory, with lower deployment costs, and NPV estimation models, Payback and TIR in 5, 10, 15 and 20 years, for any values of biomass buying and briquette selling, if under the same conditions of the analyzed plants. The objective was to provide a tool for analyzing economic and financial viability for future similar plants that might be settled in the region, generating jobs and income for the population and allowing the recovery of native forest. / Noventa e oito por cento do território do Rio Grande do Norte estão incluídos nas chamadas Áreas Susceptíveis à Desertificação do Brasil (ASD). Na região do Baixo-Açu, o desmatamento sistemático e sem critério da mata nativa para atender às necessidades do polo ceramista e de outras pequenas indústrias locais tem intensificado o quadro de devastação ambiental, já considerado grave pelo Ministério do Meio Ambiente. A pesquisa de campo elaborada para dimensionar o consumo de lenha e carvão vegetal na região revelou que a demanda por esses dois combustíveis é oito vezes maior do que a oferta, de acordo com os dados do IBGE sobre a produção extrativista dos nove municípios que compõem a região. Este estudo examinou a viabilidade de implantação de um embrião de Arranjo Produtivo Local de briquetes (lenha ecológica) no Campus Ipanguaçu do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, a fim de contribuir para o desenvolvimento de políticas públicas que promovam a recuperação de áreas desmatadas e aliviar a pressão antrópica sobre a caatinga. Os briquetes seriam produzidos para substituir a lenha e o carvão vegetal como combustível, especialmente no polo cerâmico da região. A matéria-prima principal são os resíduos da produção de cera de carnaúba, suficientes para garantir a produção de cinco fábricas com capacidade de produzir 4.800 t/ano de briquetes cada. Além da palha de carnaúba, será utilizado capim-elefante para compor 20% do blend dos briquetes. As estimativas de custos de manutenção da biofábrica foram feitas tendo como parâmetros os dados de uma planta industrial idêntica, localizada no Paraná. Esses dados foram sistematizados em planilhas do software Make Money, usado na avaliação da viabilidade econômica a partir de aferidores como Valor Presente Líquido (VPL), Payback e Taxa Interna de Retorno (TIR). Os resultados comprovaram que o empreendimento é viável. Além da análise para a fábrica real, em construção no campus do IFRN, este trabalho gerou dois outros produtos: a análise de viabilidade econômica de outra fábrica, de caráter mais comercial, com custos de implantação menores, e modelos de estimação do VPL, Payback e TIR em cinco, 10, 15 e 20 anos, para quaisquer valores de compra de biomassa e de venda do briquete, sob as mesmas condições das fábricas analisadas. O objetivo foi disponibilizar uma ferramenta de análise de viabilidade econômico-financeira para futuras fábricas semelhantes que venham a se instalar na região, gerando ocupação e renda à população e permitindo a recomposição da mata nativa.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Biomass is one of the main sources of renewable and sustainable energy able to meet the growing global energy demand and reduce dependence on fossil fuels. However, the use of this biofuel requires a conscious and careful handling of natural resources, to avoid environmental imbalances and destruction of ecosystems. Among the alternatives of biomass for energy purposes forestry, agricultural and urban wastes are highlights. However, raw biomass has low energy efficiency, low density, high humidity, irregular grain, low heating value that restricts their direct use as biofuel. In order to improve the thermal properties and standardize the product is necessary to treat the biomass from industrial processes such as torrefaction and briquetting. In this context, this work aims to analyze and define the potential energy of briquettes of brachiaria grass (Brachiaria ssp.) produced by Briqfeno Industria e Comercio de Feno Ltda located in Tupaciguara - Minas Gerais. The experiments were conducted according to Brazilian rules and the standard product was submitted to density tests, moisture and immediate analysis. A relationship between heating value and moisture content was also defined. Finally, the product was submitted to the torrefaction process that improved its energy and decreased its hygroscopic character when compared to raw briquettes. / A biomassa é uma das principais fontes de energia renováveis e sustentáveis capazes de suprir a crescente demanda de energia mundial e diminuir a dependência dos combustíveis fósseis. Entretanto, o uso deste combustível requer um manuseio cuidadoso e consciente dos recursos naturais, para evitar desequilíbrios ambientais e destruição de ecossistemas. Dentre as alternativas existentes para o uso da biomassa com fins energéticos, destaca-se o reaproveitamento energético de resíduos florestais, agrícolas e urbanos. Todavia, os resíduos in natura apresentam-se com baixa eficiência energética, devido algumas características gerais que restringe o seu uso direto como combustível, tais como baixa densidade, alta umidade, granulometria irregular, baixo poder calorífico, entre outras. No intuito de corrigir algumas propriedades, melhorar e padronizar o produto faz-se necessária a utilização de processos industriais, como a briquetagem e a torrefação. Neste contexto, este trabalho consiste em analisar e definir o potencial energético de briquetes de capim braquiária (Brachiaria ssp.) produzidos pela empresa Briqfeno Indústria e Comércio de Feno Ltda sediada no município de Tupaciguara - Minas Gerais. Os experimentos foram conduzidos segundo normas nacionais e consistiram em realizar a análise imediata, determinar a densidade do briquete e definir a relação entre poder calorífico e umidade do produto padrão. Finalmente, aplicou-se o tratamento térmico denominado torrefação, o que proporcionou a valorização energética do produto e diminuiu sua característica higroscópica quando comparado ao briquete padrão. / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Caroline Schreiber do Nascimento Pontieri (carol_schnascimento@hotmail.com) on 2018-06-18T18:56:59Z No. of bitstreams: 1 TA_caroline_schreiber_pontieri_vf_pos_banca_v3.pdf: 2031675 bytes, checksum: 096a9d2f00d3ba9d6803186c36499722 (MD5) / Approved for entry into archive by Simone de Andrade Lopes Pires (simone.lopes@fgv.br) on 2018-06-19T00:27:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TA_caroline_schreiber_pontieri_vf_pos_banca_v3.pdf: 2031675 bytes, checksum: 096a9d2f00d3ba9d6803186c36499722 (MD5) / Approved for entry into archive by Isabele Garcia (isabele.garcia@fgv.br) on 2018-06-19T16:07:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TA_caroline_schreiber_pontieri_vf_pos_banca_v3.pdf: 2031675 bytes, checksum: 096a9d2f00d3ba9d6803186c36499722 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-19T16:07:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TA_caroline_schreiber_pontieri_vf_pos_banca_v3.pdf: 2031675 bytes, checksum: 096a9d2f00d3ba9d6803186c36499722 (MD5) Previous issue date: 2018-06-15 / A matriz energética mundial vem evoluindo, e novas alternativas em relação às energias renováveis também – principalmente a solar e a eólica. O Brasil também segue essa tendência. Por outro lado, há outras fontes de energia renováveis que têm grande potencial para desenvolvimento no Brasil. Neste estudo, analisam-se o mercado do briquete de madeira - feito a partir de resíduos de madeira (pó de serra, cavaco e maravalha), além de poda de árvore - na região de São José dos Campos (SP) e as barreiras enfrentadas nesse mercado. Tais barreiras foram mapeadas inicialmente por pesquisadores, e aqui é feita uma análise junto aos principais stakeholders envolvidos. Para isso, foi realizada uma pesquisa quantitativa com o uso do método pesquisa-ação, através do qual se identificou que as barreiras Agrícola e Florestal não têm um grande destaque para os envolvidos; que não existem também muitos dados relativos ao mercado de briquetes e que, na barreira Institucional, há falta de organização do setor. Questões relacionadas às barreiras Culturais, Educacionais e Tecnológicas tiveram destaque especial neste estudo. Uma reflexão da pesquisadora a ser salientado é que a barreira Ambiental não tem apresentado grande destaque para os envolvidos, mas, sim, questões financeiras – seja para o investidor ou proprietários das pizzarias. Da mesma forma, recomendam-se pesquisas para disponibilizar ao setor dados, além de cursos para buscar a profissionalização do/no setor – que é extremamente carente de recursos especializados. A utilização de resíduos de serrarias (pó de serra) também teve destaque, pois não se sabia que havia tão alta disponibilidade de matéria-prima no mercado. Por fim, identifica-se que o briquete tem grande potencial de desenvolvimento no setor, apesar das barreiras mapeadas. / The world energy matrix has been evolving, and new alternatives in relation to renewable energies too – mainly solar and wind. Brazil also follows this trend. On the other hand, there are other sources of renewable energy which have a great potential for Brazil’s development. In this study, the wood briquette is analyzed, made from wood waste (sawdust, wood chips and wood shaving), besides trees pruning – in the region of São José dos Campos (SP) and the barriers faced in this market. Such barriers have been initially mapped by researchers, and here an analysis is made along with the main stakeholders involved. In order to do this, a quantitative research has been carried out with the research- action method, in which it has been identified that agricultural and forestry barriers do not have a great highlight for those involved; also, there is not much data relating to the briquette market and, in the Institutional barrier, there is a lack of organization in the sector. Issues related to Cultural, Educational and Technological barriers have had a great emphasys in this study. A researcher’s consideration to be highlighted is that the Environmental barrier has not presented great prominence for those involved, but rather financial issues– either for the investor or pizzeria owners. Likewise, researches are recommended to provide data to the sector, as well as courses to seek the professionalization in the sector – which is extremely lacking in specialized resources. The use of sawmill waste (sawdust) also has had a prominent position, because it has not been known there was such a high availability of raw material in the market. Finally, it has been identified that the briquette has a great development potential in the sector, despite the barriers mapped.

A utilização de briquetes de misturas de carvão fóssil e biomassa em substituição ao coque como agente redutor pode contribuir para a diminuição das emissões de CO2 à atmosfera no processo de redução de minério de ferro. O fenômeno do amolecimento e fluidificação do carvão fóssil durante o aquecimento permite que o mesmo absorva certa quantidade de materiais inertes à coqueificação durante o tratamento térmico. O objetivo deste trabalho é correlacionar o efeito das principais variáveis de processo de fabricação (temperatura e tempo de tratamento térmico, tamanho de partícula dos componentes, porosidade e proporção de carvão vegetal e carvão fóssil) sobre as propriedades obtidas (resistência mecânica e reatividade ao CO2) de briquetes compostos de misturas de carvão fóssil e carvão vegetal, para uso na indústria siderúrgica. Briquetes de dois formatos diferentes foram preparados em matriz cilíndrica e em maquina briquetadeira e tratados termicamente em forno vertical aquecido com resistência elétrica sob atmosfera de nitrogênio. A resistência à compressão dos briquetes foi analisada em função das seguintes variáveis: proporção de carvão fóssil e carvão vegetal, taxa de aquecimento do tratamento térmico e tamanho de partícula dos carvões. A reatividade ao CO2 dos briquetes tratados termicamente foi analisada em função das seguintes variáveis: temperatura de ensaio e vazão de CO2. Foram comparados os resultados obtidos de ambos os formatos de briquetes. Com o aumento da proporção de carvão vegetal nos briquetes cilíndricos de biocoque, a densidade aparente e a resistência à compressão após tratamento térmico aumentaram para as misturas contendo 5, 10 e 15% de carvão vegetal. A partir dessa composição (15% de carvão vegetal) tanto a densidade final quanto a resistência à compressão apresentaram diminuição. Encontrou-se que tanto os briquetes cilíndricos a verde quanto os briquetes tratados termicamente apresentam perda de resistência mecânica com o aumento do tamanho de partícula do carvão fóssil. Os melhores valores de resistência à compressão foram obtidos em briquetes feitos com carvão fóssil em mistura de 15% em peso de carvão vegetal, tamanho de partícula abaixo de 0,044 mm, tratados termicamente a 1100°C durante 8 horas. Com o aumento na adição de carvão vegetal nos briquetes compostos de carvão fóssil e carvão vegetal, observou-se um aumento da reatividade do biocoque ao CO2. As micrografias dos briquetes tratados termicamente mostraram que a textura dos briquetes tende a ser mais homogênea com aumento de carvão vegetal de madeira na mistura. Os briquetes de biocoque fabricados em briquetadeira permitiram a ampliação do processo de fabricação de briquetes a uma escala laboratorial maior e mostraram a viabilidade industrial na fabricação do biocoque. Encontrou-se que a adição de carvão vegetal de madeira na mistura influencia diretamente na resistência a compressão e a reatividade ao CO2, devido a diferentes fatores como a composição das cinzas da madeira, a diminuição da fluidez devido à ação do inerte na mistura a carbonizar, a formação de uma estrutura porosa dentro da matriz carbonosa. Não encontrou-se correlação entre o índice de alcalinidade dos briquetes e sua reatividade ao CO2. / The substitution of metallurgical coke by briquetted mixtures of coal and biomass as a reducing agent can lower the emissions of greenhouse gases (CO2) in the iron and steelmaking industry. The thermal plasticity of the coking coal can be used to absorb an amount of inert materials during heat treatment. The objective of this study is to correlate the effect of the main processes variables (heat treatment temperature and duration, particle size of the materials, porosity and coal and charcoal ratio) on the properties (compressive strength and CO2 reactivity) of briquetted mixtures of coal and charcoal. Two types of briquettes were produced, one in a cylindrical die and another in a laboratory briquetting machine. The briquettes were heat treated in a vertical electrical furnace under nitrogen atmosphere. The compressive strength of the briquettes was analyzed as a function of the following variables: coal and charcoal ratio, heating rate and particle size. The CO2 reactivity of the heat treated briquettes was analyzed as a function of the following variables: temperature and CO2 flow. For the cylindrical briquettes, the increase of charcoal (5, 10, 15 wt%) in the coal-charcoal mixtures caused an increase on the bulk density and on the compressive strength of the heat treated briquettes. Above 15 wt% of charcoal in the mixtures, the bulk density and the compressive strength decreased. It was found out that both green and heat treated briquettes had a decrease in compressive strength with the increase of the coal particle size. Optimum results of compressive strength were obtained in the briquettes with 15 wt% of charcoal, particle size <0.044 mm, heat treatment temperature of 1100°C for 8 hours. The increase in charcoal proportion caused an increase in the CO2 reactivity of the briquettes. The SEM micrographs of the heat treated briquettes showed that the texture of the briquettes tend to be more homogeneous with the increase of charcoal in the mixture. The properties of the briquettes produced in the laboratorial briquetting machine showed that a large scale production could be viable. Also, it was found out that the addition of wood charcoal in the mixture directly affects the compressive strength and the CO2 reactivity of the briquettes due to factors such as: the ashes composition, the decrease in fluidity because of the inert material in the mixture, the formation of a porous structure inside the carbon matrix. It was not found a relation between the alkalinity index and the CO2 reactivity in the briquettes.

In this study the use of available agro-industrial and forest residues, in Alagoas, were evaluated for use in ceramic furnaces to energy generation. At first, a survey of various types of biomass in Brazil and in Alagoas was made, followed by a investigation of the main permanent and temporary crops that could generate agro-industrial residues. Later, studies of the forms of use of agro-industrial residues as well as a quantitative assessment and energy that can be generated from the agro-industrial residues from major crops of Alagoas were conducted. The main agro-industrial residues next to the bigger five ceramics, located in adjacent municipalities of Alagoas were characterized in terms of physical-chemical parameters, comparing energy demands with their possible use in furnaces. The process of manufacturing of briquettes was also subject to a case study involving such a process on laboratory scale. The economic evaluation of the use of agro-industrial residues considering the preparation, transportation and energy consumption in furnaces and one simulation, considering various scenarios for the use of agro-industrial residues, with reference to a ceramic Arapiraca were made. In addition, the case of utilization of eucalyptus wood for energy generation was assessed using economic and financial study, simulating the culture of this crop in a rural settlement. The various aspects investigated here showed that the agro-industrial residues from the processing of agricultural production in the State of Alagoas could be used in ceramic and can completely replace the fuel currently used in furnaces, for one ceramic located in the Arapiraca region, where these kind of residues are available. In the case of ceramics located in regions where the availability of agro-industrial residues is limited, an alternative of renewable fuel, would be the culture of energy forests with native or exotic species, such as the eucalyptus. / Nesse estudo foi avaliada a utilização de resíduos agroindustriais e florestais do Estado de Alagoas, para utilização em fornos cerâmicos para geração de energia. Inicialmente, foi realizado um levantamento dos diversos tipos de biomassa existentes no Brasil e em Alagoas, seguido de um levantamento das principais culturas agrícolas permanentes e temporárias que poderiam gerar resíduos agroindustriais. Após, foram efetuados estudos das formas de utilização dos resíduos agroindustriais assim como uma avaliação quantitativa e da energia que pode ser gerada, a partir dos resíduos agroindustriais provenientes das principais culturas agrícolas de Alagoas. Os principais resíduos agroindustriais dos municípios limítrofes as cinco principais cerâmicas de Alagoas foram caracterizados, do ponto de vista físico-químico, comparando-se demandas energéticas com a possível utilização desses em fornos ou fornalhas. O processo de fabricação de briquetes também foi alvo de um estudo de caso envolvendo tal processo em escala laboratorial. A avaliação econômica do aproveitamento dos resíduos agroindustriais considerando a preparação, o transporte e o consumo energético em fornalhas e fornos cerâmicos foi alvo de investigação e uma simulação, considerando vários cenários para o aproveitamento de resíduos agroindustriais, tomando como referência uma cerâmica em Arapiraca. Complementarmente, a hipótese de utilização da lenha de eucalipto para a geração de energia foi avaliada através de estudo econômico e financeiro, simulando o plantio dessa cultura em um assentamento rural. Os vários aspectos aqui investigados apontaram que os resíduos agroindustriais provenientes do beneficiamento da produção agrícola do Estado de Alagoas poderiam ser usados nos fornos cerâmicos sem processamento ou adensados e poderiam substituir totalmente os combustíveis atualmente utilizados nos fornos ou fornalhas, de cerâmicas localizadas na região de Arapiraca, privilegiada nesses tipos de resíduos, pela alta produção agrícola. No caso de cerâmicas, localizadas em regiões onde exista pouca disponibilidade de resíduos agroindustriais, uma alternativa em termos de combustível renovável, seria o plantio de florestas energéticas com espécies nativas ou exóticas como, por exemplo, o eucalipto.