Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GarzonFuentes_LauraLiliana_M.pdf: 4423323 bytes, checksum: 42d541d6848e724e0011a112a669de73 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi a otimização do pré-tratamento de bagaço de cana com hidróxido de cálcio para facilitar a hidrólise enzimática posterior visando a produção de etanol de segunda geração, além da obtenção de dados cinéticos experimentais na etapa do pré-tratamento e de hidrólise enzimática para posteriores estudos de modelagem. O pré-tratamento foi realizado de acordo com um planejamento composto central 23,com o objetivo de avaliar a influência do tempo de pré-tratamento (h), temperatura (°C) e concentração de hidróxido de cálcio (p/p) na liberação de açúcares após hidrólise. A máxima produção de glicose foi de 228,45 mg/g biomassa seca, correspondentes a 409,9 mg/g de biomassa seca de açúcares redutores totais (ART), com o pré-tratamento realizado a 90 °C, durante 90 h e com uma carga de cal de 0,4 g/g biomassa seca. A cinética do pré-tratamento foi obtida para diferentes temperaturas (60, 70, 80 e 90°C) e um modelo cinético foi determinado para a deslignificação do bagaço com cal como uma função da temperatura. A energia de ativação da reação de deslignificação foi estimada como 31,47 kJ/mol. A determinação dos dados cinéticos durante a hidrólise enzimática foi realizada com bagaço pré-tratado nas condições ótimas, variando a carga de sólidos de 1 a 5% (p/v), com uma concentração fixa de enzima de 500 FPU/L de celulase e 500 CBU/L de ß-glicosidase. Os resultados mostraram rendimentos glicosídicos próximos aos estequiométricos para a carga de sólidos de 1%. Experimentos adicionais foram realizados fixando a concentração de bagaço em 3% e variando as concentrações de celulase e ß-glicosidase de acordo com um planejamento 22 + configuração composto central. Esta análise mostrou que o aumento das concentrações de celulase e ß-glicosidase tiveram efeito positivo até 475 FPU/L e 750 CBU/L, respectivamente, e a partir deste ponto um aumento das concentrações resultou em uma diminuição de rendimento / Abstract: The objective of this work was the optimization of the pretreatment of sugarcane bagasse with calcium hydroxide to enhance the subsequent enzymatic hydrolysis aiming at the production of second generation ethanol, as well as the determination of experimental kinetic data of the pretreatment stage and of the enzymatic hydrolysis for posterior modeling studies. The pretreatment was performed, according to a 23 central composite design, in order to evaluate the influence of pretreatment time (h), temperature (°C) and calcium hydroxide concentration (Ca(OH)2).The maximum glucose yield was 228.45mg/g raw biomass, corresponding to 409.9 mg/g raw biomass of total reducing sugars (TRS), with the pretreatment performed at 90 °C, for 90 h and with a lime loading of 0.4g/g dry biomass. Kinetic data of the pretreatment were obtained for different temperatures (60, 70, 80 and 90 °C) and a kinetic model for bagasse delignification with lime as a function of temperature was determined. The kinetic model was empirically established as a first-order reaction corresponding to the bulk phase for pretreatment time up to 108 h. The activation energy for the delignification reaction was estimated at 31.47 kJ/mol. The kinetic data of the enzymatic hydrolysis were obtained with bagasse pretreated in the optimal conditions, varying solids loading from 1 to 5% (m/v) with 500 FPU/L of cellulase and 500 CBU/L of ß-glucosidase. The results show that glycosidic yields next to the stoichiometric are attained for solids loading of 1%. Additional experiments were performed fixing the bagasse concentration at 3% and varying celulase and ß-glucosidase concentrations according to a 22 + star configuration factorial design. This analysis shows that an increase in the concentrations of cellulase and ß-glucosidase have a positive effect until up to a point and from this point up (475 FPU/L and 750 CBU/L, respectively), increasing concentrations resulted in a decrease in the yield / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Henry França Meier, Antonio Andre Chivanga Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T19:43:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wiggers_VinicyusRodolfo_D.pdf: 8765117 bytes, checksum: 4f3088b3ee50ec116b65b9bb63658c4a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A necessidade de diversificação e gradual substituição das atuais fontes de energia demandam o estudo e desenvolvimento de tecnologias alternativas que sejam capazes de substituir os combustíveis fósseis e minimizar os impactos ambientais causados por esses. Nesse sentido, a biomassa apresenta-se como alternativa tecnológica dada sua potencial capacidade de produção de combustíveis líquidos e gasosos capazes de substituírem o petróleo. Devido aos fatores econômicos e ambientais a utilização de óleos vegetais e gorduras residuais constituem-se numa importante fonte de matéria-prima e objeto de investigação científica presente nesse trabalho, em nível de doutorado. Uma unidade em escala de bancada, com capacidade de produção de até l0 kg/h, foi projetada, construída e utilizada para a execução de experimentos com óleo de soja degomado e óleo de fritura, com o intuito de se avaliar, tecnicamente, a possibilidade de produção de biocombustíveis. Os experimentos seguiram um planejamento experimental variando-se parâmetros de processo e os produtos gerados foram submetidos tanto à análise química por técnicas de cromatografia para determinação da composição em termos de números de carbonos, do poder calorífico superior quanto a procedimentos de determinação das características de destilação dos produtos. Os resultados obtidos com a análise dos produtos possibilitam a produção de biocombustíveis com características similares à,s da gasolina e do diesel, derivados de petróleo. / Abstract: The neeessity of diversifieating and substituting the aetual energy' s sourees leads to studies and altemative teehnology developments able to substitute the fossil fuels and reduee the environment impaets. In this way, the biomass appears as a potential altemative souree of solids, gases and liquids fuels able to substitute the petroleum. Due to environrnental and eeonomie faets, the use of vegetable oils and waste fatty acids are an important souree of feedstoek and the scientifie study of this work. A beneh se ale unit, with 10 kglh eapacity, was projeeted, built and used to experiments runs with soybean oil and eooking oil to investigate the teehnieal possibility of produetion of biofuels. The experiments were done following an experimental plan by ehanging proeess parameters and the products were ehemieal analyzed by ehromatography to determine the eomposition in terms of earbón numbers and heat power. A methodology to determine the distillation eharaeteristics of the produets leads to the possibility of produetion of biofuels like the fuels from petroleum. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Oscar Antonio Braunbeck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_HenriqueLeandro_M.pdf: 3800954 bytes, checksum: e36878378c455fc352fe2da2f4432883 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A palha da cana-de-açúcar apresenta um grande potencial para ser utilizada na co-geração de energia. Entretanto, essa energia disponível não tem sido totalmente aproveitada nas usinas, em parte devido aos custos elevados relacionados ao seu transporte do campo para a indústria, e em parte associado às deficiências no mercado de máquinas específicas para o seu recolhimento e adensamento. A palha in natura apresenta baixas densidades, o que eleva os custos de transporte e armazenamento, dado pela subutilização de carga dos caminhões e espaço físico dos pátios. O que se tem praticado nas usinas é a tentativa do uso de máquinas forrageiras e enfardadoras, que foram projetadas para a cultura do feno, resultando assim em baixos rendimentos operacionais quando utilizadas com palha de cana-de-açúcar, além de incorporar matéria mineral indesejável. Pesquisas revelaram que a corda de amarração utilizada para inibir a relaxação dos fardos prismáticos e cilíndricos provenientes das enfardadoras é responsável por 40% dos custos totais destes processos. Neste trabalho é proposto um novo princípio de adensamento para a palha de cana-de-açúcar, onde as folhas são compactadas mediante aplicação de torção visando à formação de corda contínua, que pode ser enrolada em bobinas dispensando assim os complexos sistemas de amarração das enfardadoras. A densidade teórica alcançada pela bobina formada com a corda de palha foi estimada por modelos matemáticos. Uma abrangente modelagem envolvendo as forças de compactação na corda devidas à torção é apresentada. Foram realizados experimentos em protótipo correlacionando o torque aplicado na corda com a sua densidade aparente, além de ensaios envolvendo a formação de corda contínua, visando avaliar as condições de viabilidade técnica do processo. Os resultados obtidos indicaram que foi viável tecnicamente a formação de corda contínua e estruturada a partir de folhas secas de cana-de-açúcar utilizando o princípio de torção originada por atrito; a densidade aparente da corda de palha ficou próxima das densidades aparentes dos fardos cilíndricos e prismáticos obtidos pelas enfardadoras convencionais; a demanda de torque foi menor para a corda de menor diâmetro; a densidade aparente teórica da bobina foi inferior às densidades aparentes dos fardos cilíndricos; todos os ensaios apresentaram relaxação de torque no decorrer do tempo; o princípio apresenta limitações e demanda pré-requisitos indispensáveis para o perfeito funcionamento. / Abstract: Sugar cane straw presents a great potential to be used in energy cogeneration. However, this potential has not been fully explored at the mills, in part due to the high costs associated with transport from field to industry, and partly linked to the market deficiencies of specific equipment for their recovery and compaction. The straw in nature presents low density, which increases the cost of transport and storage, due to the sub utilization of load capacity trucks and requirement of space in the courtyards. What has been practiced at mills are some experiments using forages and balers machines, which were designed for hay harvesting, resulting in lower operating income when used for sugar cane straw, as well as incorporating undesirable mineral matter. Research showed that the mooring rope used to inhibit the relaxation of prismatic and cylindrical bales from the balers is responsible for 40% of the total costs of these processes. This dissertation presents a proposes of a new principle for sugar cane straw compaction, where the leaves are compressed by applying torque in order to form a continuous yarn that can be wrapped into coils without complex balers mooring systems. The theoretical density achieved by the coil formed with straw rope was estimated by mathematical models. A comprehensive modeling involving the compression forces on the rope due to torsion is presented. Experiments were carried out using a prototype in order to observe the torque applied to the rope with its density correlation. Experiments involving the formation of continuous rope, to evaluate the technical feasibility of the process were also conducted. The results indicated that it was technically possible to form a continuous and structured rope from dry leaves of sugar cane using the principle of torque originate by friction; the density of straw rope was close to the apparent densities of the cylindrical and prismatic bales obtained by conventional balers; the torque demand was lower for ropes with smaller diameter; the theoretical density of the coil was less than the apparent densities of the bale; all trials showed relaxation of torque over time; the principle is limited and demand pre- established parameters for its perfect operation. / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Arnaldo César da Silva Walter / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EvangelistaJunior_Francisco_D.pdf: 1814546 bytes, checksum: 2e3a5452621ecc549294f5433e82bfa2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nos últimos anos, a segurança de suprimento energético e as questões ambientais ligadas às emissões dos Gases de Efeito Estufa - GEE têm sido priorizadas por vários países. Nesse contexto, aos biocombustíveis têm sido dada especial importância, e, entre eles, ao biodiesel, que é o potencial substituto do óleo diesel fóssil. Em dezembro de 2004, o Brasil instituiu o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel - PNPB, priorizando os aspectos sociais aliados ao desenvolvimento regional. Para tanto, criou um dispositivo legal conhecido como "Selo Combustível Social", que concede desoneração fiscal gradativa ao produtor de biodiesel que adquirir matéria prima de agricultores familiares, em especial daqueles localizados no Norte, Nordeste e Semi-Árido, regiões brasileiras com maiores carências sócio-econômicas. Entretanto, a atual estrutura produtiva familiar, caracterizada por restrições de acesso ao crédito, uso inexpressivo de recursos tecnológicos, produção em pequena escala e voltada para o auto-consumo, dificulta sua participação enquanto supridores de matéria prima em bases sustentadas. Este trabalho tem como objetivo avaliar a inserção de um modelo agro-industrial de pequena escala no contexto do Programa do Biodiesel Brasileiro, tendo como focos principais o segmento de agricultores familiares do semi-árido potiguar, região Nordeste do Brasil, e a cultura do girassol. A pesquisa tomou como base a implantação de um projeto agrícola no qual foram cultivados aproximadamente 1.200 ha de girassol por 198 famílias de agricultores familiares, além de um sistema de extração de óleo vegetal com capacidade de processamento de 300 kg de grãos por hora. Foram identificados os perfis e as práticas usuais dos agricultores, assim como avaliados os níveis de comprometimento e de motivação no âmbito do projeto. O balanço energético e a análise econômica da produção agro-industrial foram realizados. Os resultados mostram que, em regiões de baixo nível de desenvolvimento, o investimento em projetos agrícolas, mesmo em pequena escala, proporciona um significativo acréscimo na renda e, potencialmente, na qualidade de vida dos agricultores familiares. Entretanto, são imprescindíveis políticas publicas específicas e eficazes que incentivem a organização coletiva, o desenvolvimento de lideranças e alternativas de diversificação da produção, para agregação de valor, como forma de superar o estado de estagnação produtiva. O girassol possui bom potencial de agregação de valor para a agricultura familiar, mas os fatores locais de produção, tais como baixo nível de mecanização, escassez de sementes certificadas e de assistência técnica especializada, entre outros, precisam se adequar às necessidades dessa cultura. O balanço energético no modelo agro-industrial de pequena escala mostrou-se positivo, tanto na etapa de produção do grão, obtendo-se razões de energia entre 3,7 e 4,1, quanto na extração do óleo, obtendo-se razão de energia agregada de 1,4. Nas condições da análise feita, a comercialização do óleo e da torta, após a extração em pequena escala, é mais rentável que a venda exclusiva dos grãos. Entretanto, potencialmente o produtor pode aumentar significativamente sua renda caso a torta seja aproveitada em atividades econômicas próprias, tais como seu uso como ração animal na criação de bovinos, ovinos e peixes. A produção de mel apresenta-se como uma alternativa de grande potencial econômico na cadeia de produção do girassol / Abstract: Along the recent years, in many countries energy priorities have been put on the security of supply and on the environmental issues concerned with emissions of Greenhouse Gases - GHG. In this regard, a special attention has been put on biofuels, and, among others, biodiesel that has the potential of displacing mineral diesel. In December 2004, Brazil has created the National Program of Biodiesel Production and Use - PNPB (acronism related to the Portuguese expression), with priority on social aspects and on regional development. In this regard, the so-called Social Fuel Stamp was created and l tax exemption is given to biodiesel production based on raw materials produced by family farmers; the production based on farmers located in less developed areas - e.g., North, Northeast and the Semi-Arid Region - are eligible for larger benefits. However, the current production based on family farmers is constrained by the lack of credit opportunities, very low level of technology use, small-scale production and the production just for family's consumption; as consequence, family farmers have been unable to produce without governmental assistance and financial support. The aim of this thesis is the evaluation of a small-scale agro-industrial model in the context of the PNPB. The specific focus of this thesis is the production of sunflower based on family farmers in the Semi-Arid region in the Rio Grande do Norte state (Northeast region of Brazil). The research is based on an agricultural project in which about 1,200 ha were planted (with sunflower) by 198 families, and on an extraction unit of oil with capacity of processing 300 kg seeds/hour. This thesis presents three main results. First, a survey was done with the farmers, identifying their profiles, their practices, in which extent they were engaged with the project and their motivations. The second main result is regarding the energy balance of the agricultural and the extraction stages, while the third result is concerned with the economic analysis of the two production stages. The results show that in less developed regions, agricultural projects such the one analyzed in this thesis, even in small-scale, give a significant contribution to the families' wealth, and, potentially, can also enhance life quality. However, public policies are necessary in order to foster social organization, raising leaderships, and promote production diversification; production diversification is necessary in order to enlarge the incomes and motivate people to overcome the current stagnation stage. Sunflower has the potential to generate income to the family farmers, but the local production conditions, such as low mechanization level and lack of seeds of good quality, need to be improved, aiming at take advantage of the existing potentialities. The energy balance presented in this thesis is positive, both regarding the agricultural stage (i.e., the seed production, with energy ratios results between 3.7 and 4.1) and up to the extraction stage in the supply chain (energy ratio equal to 1,4). According to the hypotheses taken into account in this thesis, from the economic point of view the best option is the extraction of oil, in order to also take the benefits of meal's commercialization, rather than only sell the seeds. However, family farmers can significantly enlarge their incomes in case of meal's use by theirselves, as animal's feed. Honey production is also a good alternative for income's enlargement / Doutorado / Energia, Sociedade e Meio Ambiente / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Arnaldo Cesar da Silva Walter, Marcos Cesar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T21:10:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_MartaMinussi_M.pdf: 3900210 bytes, checksum: acdd427fe2a8c8ef08760720cf647916 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Na dissertação é apresentado o desenvolvimento de um procedimento metodológicobaseado em Sistemas de Informações Geográficas (SIG) e Análise Espacial, e sua aplicação na avaliação do potencial de produção de eletricidade a partir da biomassa residual da cana-de açúcar (bagaço e pontas e folhas), tendo como foco o estado de São Paulo. O horizonte de avaliação do potencial é 2015. Primeiramente foram avaliadas as áreas nas quais deve ocorrer a expansão do cultivo da cana-de-açúcar. No procedimento foram considerados fatores condicionantes tais como uso da terra, aptidão do solo, propensão à erosão, fertilidade do solo, potencial de mecanização (sobretudo da colheita), disponibilidade de recursos hídricos e aptidão climática. O potencial foi calculado baseado na moagem estimada em diferentes usinas, em 2015, considerando tecnologias comerciais de sistemas de cogeração a vapor. Na avaliação do potencial foram considerados como fatores restritivos o acesso a rede elétrica e a disponibilidade de água na região. A dissertação demonstra a importância dos SIG em trabalhos de planejamento, sobretudo quando múltiplos fatores são considerados e sua características espaciais são relevantes na análise / Abstract: This dissertation presents the use of a methodological procedure based on Geographical Information Systems (GIS) and on Spatial Analysis and its application on the evaluation of the potential of electricity production using cogeneration systems based on residual biomass of sugarcane (bagasse and trash). The study was developed considering the state of São Paulo and 2015 as the horizon period. Firstly, the areas more adequate for sugarcane plantations were evaluated. Doing this, many factors were considered as potential constraints, such as land use patterns, soil adequacy, risk of erosion, soil fertility, the potential regarding mechanization (mainly regarding harvesting), availability of water resources and weather conditions. The potential of electricity production was estimated considering predicted sugarcane crushing in 2015 in each mill and commercial cogeneration technologies based on steam cycles. The potential evaluation was complemented with the consideration of additional potential constraints,as the distance of the power unit to the electric grid and water availability. This dissertationdemonstrates the importance of GIS in energy planning studies, mainly when many factorsshould be taken into account and when their spatial characteristics are a relevant aspect / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:12:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mestrado-Cinara.pdf: 1736024 bytes, checksum: 126d388a06dc6a07bfa52d649a037365 (MD5) Previous issue date: 2009-08-06 / In this work, raw bauxite, thermally activated calcined bauxite, calcined bauxite underwent acid treatment were the catalysts tested by its potential in the thermal catalytic cracking reaction looking forward to the production of biofuels from commercial soybean oil as an alternative to fossil fuels. The materials were characterized by the techniques ICP-OES, infrared spectroscopy, thermal analysis, X-ray diffraction and textural analysis. The chromatographic analysis of the biofuels obtained by cracking of commercial soybean oil showed hydrocarbon compounds such as alkanes, alkenes and aromatics, as well as some oxygenated compounds such as carboxylic acids, ketones and alcohols. The products generated by the thermal catalytic cracking process with thermally activated calcined bauxite showed better results than the thermal cracking products because of the low quantity of acids present, which provided biofuels with a lower acidity index, and absence of acrolein. Therefore, the catalyst which was used demonstrated activity in the secondary cracking process, in which fatty acids decompose and give rise to hydrocarbons. The cracking tests with raw bauxite generated a lower biofuels yield and significant amount of solid product and residual oil making unfeasible the process. In order to evaluated the potential of used industrial waste sources for production of alternative fuels, the cracking of the waste vegetable oil studied together with the optimum of the reaction conditions obtained satisfactory result in the gaseous and liquid yield and percentage of crude biofuels generated. The biofuel presented similar composition observed in the biofuels obtained in thermal catalytic cracking of xv commercial soybean oil. This proved that the thermal catalytic cracking process is an alternative solution for the reutilization of waste vegetable oil and fats, both, when discarded inadequately can become environment pollutants / Neste trabalho, a bauxita in natura , bauxita calcinada termo ativada e bauxita calcinada tratada com ácido clorídrico foram os catalisadores avaliados quanto ao seu potencial frente à reação de craqueamento termocatalítico do óleo de soja comercial para obtenção de biocombustíveis alternativos aos combustíveis fósseis. Estes materiais foram caracterizados através das técnicas de ICP-OES, espectroscopia no infravermelho, análise termogravimétrica, difração de raios X e análise textural. As análises cromatográficas dos biocombustíveis obtidos por craqueamento do óleo de soja comercial evidenciaram a presença de hidrocarbonetos - tais como alcanos, alcenos e aromáticos - e compostos oxigenados como ácidos carboxílicos, cetonas e alcoóis. Os produtos formados no processo de craqueamento termo-catalítico com bauxita calcinada termo ativada apresentaram-se melhores resultados do que os obtidos no craqueamento térmico, devido à menor quantidade de ácidos carboxílicos presentes, o que proporciona a obtenção de biocombustíveis com menor acidez, e isento de acroleína. Portanto, este catalisador demonstrou atuar no processo de craqueamento secundário, no qual os ácidos graxos se decompõem originando hidrocarbonetos. Os testes de craqueamento com bauxita in natura geraram baixos rendimentos de biocombustíveis brutos e na formação de quantidades significativas de produto sólido e óleo residual, tornando o processo inviável. A fim de avaliar o potencial de utilizar fontes de resíduos industriais para se obter combustíveis líquidos alternativos estudouse o craqueamento de óleo vegetal residual empregando as condições reacionais otimizadas, obtendo resultados satisfatórios em rendimento de produtos líquidos e gasosos e o percentual de biocombustível bruto, sendo que o biocombustível obtido apresentou composição similar aos obtidos no craqueamento termo-catalítico de óleo de soja comercial. Isto mostra que o processo de craqueamento termo-catalítico constitui uma alternativa para reutilização de óleos e gorduras residuais, os quais, quando descartados inadequadamente podem vir a se constituir poluentes ambientais

Made available in DSpace on 2015-04-11T13:53:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Francisco Belem Costa.pdf: 613462 bytes, checksum: e0ec535098be0dd270892de7fa88734e (MD5) Previous issue date: 2011-08-15 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The landfill of Manaus has an accumulation of methane gas that can be scaled to be repurposed in power generation. Taking into account this possibility, this study was aimed at exploring the capability of producing methane in the landfill of Manaus and reflect on their social use. In terms of specific aims: (a) quantify the production of waste generated per capita in Manaus and social cost to the exchequer of his collection, (b) to quantify the capacity of methane gas daily by the landfill, (c) identify the best alternative use of methane gas to generate electricity. In a didactic manner, the conceptual framework was limited in Historic origins of methane gas, its chemical composition, the formation of biogas, since it is a gas from the first generation, since that results from decomposition of organic waste and the empirical evidence its use on an industrial scale. The analysis methodology was based on an interview with the engineer of the company responsible for managing the landfill, since the essential data to answer the object of research had been compiled by the company from technical studies contract. Thus, there would be no need to go all the way long and costly. The results showed that is collected from the city of Manaus, on average, one hundred thousand tons of waste months. The garbage is taken to landfill by Tumpex company that has a contract with the Municipality of Manaus and administered in conjunction with the company Emterpa. The accumulation of waste is responsible for producing 15 thousand cubic meters of methane per hour. As we do not have a definite use for its economic use, the gas is burned to be released in the atmosphere, thereby reducing the level of pollution. The rational use of methane gas requires high investment in equipment, so that the government or the private sector could create conditions for use. It was concluded that it is perfectly feasible for use of biogas in the landfill from Manaus to energy production, provided they make investments and take the necessary precautions. / O aterro sanitário de Manaus possui um acumulo de gás metano passível de ser dimensionado para ser reaproveitado na geração de energia. Levando-se em conta essa possibilidade, este estudo teve o objetivo de prospectar a capacidade de produção de metano no aterro sanitário de Manaus e refletir sobre o seu uso social. No plano especifico visa: (a) quantificar a produção per capita de lixo gerado em Manaus e o custo social para o erário público de sua coleta; (b) quantificar a capacidade de produção de gás metano diariamente pelo aterro sanitário; (c) identificar o melhor uso alternativo do gás metano na geração de energia elétrica. De forma didática, o marco conceitual limitou-se em realizar o histórico das origens do gás metano, a sua composição química, a formação do biogás, dado que é um gás da primeira geração, posto que resulta da decomposição de resíduos orgânicos e as evidências empíricas de seu uso em escala industrial. A metodologia de análise baseou-se em uma entrevista com o engenheiro da empresa responsável pela administração do aterro sanitário, uma vez que os dados essenciais para responder o objeto da pesquisa já tinham sido compilados pela empresa a partir de estudos técnicos contratados. Sendo assim, não haveria necessidade de percorrer todo um caminho demorado e custoso. Os resultados mostraram que são recolhidos da cidade de Manaus, em média, cem mil toneladas mês de resíduos. O lixo é levados ao aterro sanitário pela empresa Tumpex que possui contrato com a Prefeitura Municipal de Manaus e administrado em conjunto com a empresa Emterpa. O acumulo de resíduos é responsável pela produção de 15 mil metros cúbicos de gás metano por hora. Como não se tem um uso definido para o seu aproveitamento econômico, o gás é queimado para poder ser lançado a atmosfera, reduzindo desse modo o nível de poluição. O aproveitamento racional do gás metano requer alto investimento em equipamentos, de modo que o governo ou a iniciativa privada poderiam criar condições para o aproveitamento. Concluiu-se que é perfeitamente viável o aproveitamento do biogás produzido no aterro sanitário de Manaus para a produção de energia, desde que se façam os investimentos e se tomem os cuidados necessários.

Nesta tese investiga-se e avalia-se a combustão direta da glicerina bruta e loira, co-produto e derivado, respectivamente, do processo de fabricação do biodiesel como alternativa de aproveitamento energético sustentável. Focaliza-se especialmente nos aspectos ambiental, técnico e econômico considerando as emissões, a transferência de calor associada e os aspectos operacionais como o eixo principal do estudo. Visa aumentar o conhecimento atual a respeito e contribuir para a melhoria das perspectivas da indústria do biodiesel e de uma parte da população. Para a combustão de glicerina bruta proveniente do processo de fabricação de biodiesel de sebo bovino desenvolveu-se um queimador tipo vórtice para glicerina bruta, avaliaram-se e quantificaram-se as emissões de óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, hidrocarbonetos totais, formaldeído, acetaldeído e acroleína, sendo também avaliados os efeitos mutagênicos potenciais dos gases produzidos. Da mesma forma foi estudada a composição físico-química, poder calorífico, decomposição térmica e a transferência de calor associada, além dos parâmetros operacionais da combustão, entre eles, a relação ar-combustível, temperatura de chama adiabática e o desempenho geral do processo para diferentes coeficientes de excesso de ar. Os ensaios foram desenvolvidos utilizando-se uma fornalha flamo tubular dotada de 12 câmaras calorimétricas e totalmente instrumentada com sensores de temperatura e sondas para análise contínua de gases em analisadores automáticos, fornecimento e controle de água de resfriamento e sistema de captação de dados em tempo real. Adicionalmente aos requisitos do estudo, foi necessário o desenvolvimento de sistemas e equipamentos auxiliares como a unidade de acondicionamento e alimentação de glicerina bruta e métodos de filtragem. Paralelamente, os efeitos mutagênicos e tóxicos foram avaliados sobre o bio-sensor Tradescantia (Clone KU-20), adaptando câmaras de intoxicação e técnicas de análise biológica desenvolvidas previamente. Os resultados foram processados, avaliados e comparados com as emissões e comportamento observado durante a combustão direta do óleo diesel, constatando-se que a combustão direta de glicerina bruta é um processo viável e suas emissões de CO, NOx, \'SO IND.2\' e HCT foram em média 39%, 75%, 69% e 38% respectivamente menores do que as do óleo diesel, porém o material particulado emitido pela glicerina bruta, e ainda mais pela loira, foi várias vezes superior do que com óleo diesel. Do mesmo modo, o nível de acroleína detectado no gás de combustão de glicerina bruta (214 ppbv) aparentemente não representa perigo para a população. Igualmente a energia produzida a partir da glicerina bruta resultou 61% e 58% mais barata do que com óleo diesel e glicerina loira respectivamente em condições semelhantes. No entanto, certamente verificou-se que a combustão de glicerina bruta é um processo tecnicamente mais complexo quando comparado com a dos combustíveis convencionais e evidenciou-se a necessidade de fazer um controle adequado das partículas emitidas para avançar no desenvolvimento do processo. Desta forma o presente estudo constitui-se em uma fonte importante de informação sobre a glicerina bruta e outros combustíveis similares para autoridades ambientais, indústrias e pesquisadores. / This thesis investigated and evaluated on the assessment of the direct combustion of crude and technical glycerin, by-product and derivative respectively of Brazilian biodiesel manufacture process, as an alternative of sustainable energy use. The main axis of the study were the environmental, technical and economical aspects, focusing in emissions, heat transfer and the operational parameters associated with the combustion of crude and technical glycerin. It aims to increase the knowledge on the matter and contribute to the improvement of the economic and environmental perspective of biodiesel industry and isolated populations. It was evaluated the combustion of crude glycerin from bovine tallow biodiesel and technical glycerin from soy biodiesel process. Due to commercial unavailability of a capable burner for burning glycerin, a swirl burner was developed for crude and technical glycerin combustion, but it was also used successfully in other alternative fuels as raw bovine tallow and diesel. Emissions of sulphur and nitrogen oxides, total hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, acetaldehyde and acrolein were analyzed and quantified. Similarly, the mutagenic potential of gases was evaluated, as well as the calorific power, thermal decomposition behavior, the associated heat transfer and fundamentals operational parameters such as adiabatic flame temperature, air-fuel ratio and others. A experimental technique for mutagenic and toxicological effects assessment of combustion gases was analyzed and standardized, as well as the calorific power, the associate heat transfer and fundamentals operational parameters. The study was developed using a fully instrumented flame tube furnace, a swirl burner, continuous gas analyzers, a chromatograph, a thermogravimetric analyzer, automatic data acquisition systems and other auxiliary equipment. The mutagenic potential of the combustion gases was studied on biosensor Tradescantia clone KU-20 assay, using chambers of intoxication and biological analytical techniques previously developed and others specially adapted. The results were compared with the performance of diesel at similar conditions and finding that the direct combustion of crude glycerin is a feasible process. In addition, the emissions of CO, NOx, \'SO IND.2\' and THC were 39%, 75%, 69% and 38% correspondingly smaller than those of diesel. The particulate matter emitted by crude glycerin combustion and even more, by technical glycerin, was several times higher than those emitted by the diesel. Also, the emission of acrolein detected in flue gas from crude glycerin (214 ppbv), apparently have not represents danger to the population. Simultaneously was observed that the energy produced from crude glycerin was 61% and 58% cheaper than the energy from diesel and technical glycerin respectively under similar conditions. But certainly, it was found that the crude glycerin combustion is a more complex process compared with the combustion of conventional fuels.

A biomassa é a uma das principais fontes de energia renovável usada em todo o mundo, responsável por 9,1 % da energia ofertada no mundo (REN21, 2017) e por 8,2% da oferta brasileira de energia (BEN 2017), sendo consumida de diferentes formas, na produção de combustíveis (biodiesel, biogás e etanol) e na geração de calor e eletricidade. A necessidade de reduzir as importações de petróleo e de desenvolver a agricultura interna, bem como de mitigação das emissões de gases de efeito estufa, faz com que vários países desenvolvam alternativas para a produção de biocombustíveis. No caso do Brasil, é relevante o desenvolvimento da cana-de-açúcar e, consequentemente, o etanol como principal fonte alternativa de energia automotiva para veículos leves desde 1975. O Estado de São Paulo produz quase 50% do etanol brasileiro, mas há projetos e novas unidades sendo implantados em todo o país, apesar da crise que o setor atravessou no período de 2015. Com o aumento da quantidade de usinas aumenta o interesse em novas áreas para plantação de cana-de-açúcar, assim como a quantidade de funcionários nas usinas e terceirizados. O aperfeiçoamento das tecnologias em uso, inclusive para os resíduos dos processos, como o bagaço de cana e a vinhaça - esta última ainda usada preferencialmente em fertirrigação, mas já sendo considerada como matéria prima para a produção de biogás e biometano para substituição do diesel consumido nas sucroalcooleiras. Há usinas com interesse em exportar parte do etanol produzido, fazendo com que sistemas de certificação sejam cada vez mais utilizados. Além disso, há iniciativas internacionais, em particular a Global Bioenergy Partnership (GBEP) que, apoiada pela FAO, promove a produção sustentável e o uso de bioenergia. Esta tese tem o propósito de discutir os 24 indicadores de sustentabilidade desenvolvidos pelo GBEP, usando, como estudo de caso, usinas sucroalcooleiras do Estado de São Paulo, na região de Sertãozinho. São analisados os procedimentos e as informações fornecidas pelas usinas para avaliar e quantificar manejos do solo, de água e emissão atmosférica de poluentes, além da gestão e geração de empregos, energia produzida e excedente gerado, análise do ciclo de vida dos produtos, produtividade agrícola e industrial, entre outros temas, ou seja, indicadores ambientais, sociais e econômicos desenvolvidos pelo GBEP. Esta região foi escolhida devido a concentração de grandes usinas sucroalcooleiras e às respectivas lavouras, com os aspectos socioambientais inerentes a estas. Comparações são feitas com estudos semelhantes desenvolvidas na Indonésia e na Colômbia e em outros países, segundo a metodologia desenvolvida pelo GBEP/FAO. As vantagens de ser uma empresa sustentável também são discutidas. Este é um trabalho original, já que, apesar de existirem vários estudos sobre a sustentabilidade do etanol brasileiro, os 24 indicadores do GBEP nunca foram aplicados para o Brasil. Assim, com as perspectivas de aumento na quantidade de usinas sucroalcooleiras e a participação do etanol brasileiro no comércio internacional de biocombustíveis, é cada vez mais importante e necessário que o mercado reconheça a sua sustentabilidade. Com os resultados, espera-se fornecer subsídios para a tomada de decisões no que concerne à produção de bioenergia no Brasil. / Biomass is one of the main sources of renewable energy used worldwide, responsible for 9.1% of the energy offered in the world (REN21, 2017) and 8.2% of the Brazilian energy supply (BEN 2017 ), being consumed in different ways, in the production of fuels (biodiesel, biogas and ethanol) and in the generation of heat and electricity. The need to reduce oil imports and develop domestic agriculture, as well as mitigation of greenhouse gas emissions, has led many countries to develop alternatives for the production of biofuels. In the case of Brazil, the development of sugarcane and, consequently, ethanol as the main alternative source of automotive energy for light vehicles since 1975 is relevant. The State of São Paulo produces almost 50% of Brazilian ethanol, but there are projects and new units being deployed throughout the country, despite the crisis that the sector crossed in the period of 2015. With the increase in the number of plants increases interest in new areas for plantation of sugarcane, as well as the number of employees in the plants and outsourced. The improvement of technologies in use, including process residues, such as sugarcane bagasse and vinasse - the latter still used preferentially in fertigation but already being considered as raw material for the production of biogas and biomethane for diesel substitution consumed in sugarcane. There are plants with an interest in exporting some of the ethanol produced, making certification systems more and more used. In addition, there are international initiatives, in particular the Global Bioenergy Partnership (GBEP), which, supported by FAO, promotes sustainable production and the use of bioenergy. This thesis aims to discuss the 24 sustainability indicators developed by the GBEP, using as a case study sugar-alcohol plants in the State of São Paulo, in the region of Sertãozinho. The procedures and information provided by the plants to evaluate and quantify soil, water and atmospheric emissions of pollutants, as well as the management and generation of jobs, generated and surplus energy generated, product life cycle analysis, agricultural and industrial productivity, among other issues, that is, environmental, social and economic indicators developed by GBEP. This region was chosen due to the concentration of large sugar-alcohol plants and their respective crops, with the socioenvironmental aspects inherent thereto. Comparisons are made with similar studies developed in Indonesia and Colombia and in other countries, according to the methodology developed by GBEP / FAO. The advantages of being a sustainable company are also discussed. This is an original work, since, although there are several studies on the sustainability of Brazilian ethanol, the 24 GBEP indicators were never applied to Brazil. Thus, with the prospects of an increase in the number of sugar-ethanol plants and the participation of Brazilian ethanol in the international trade of biofuels, it is increasingly important and necessary for the market to recognize its sustainability. With the results, it is hoped to provide subsidies for decision-making regarding the production of bioenergy in Brazil.

A revolução industrial levou a sociedade ao incremento do uso de fontes de energia e, no século XX, ao uso intensivo de derivados de petróleo, pelo desenvolvimento dos automóveis como meio de transporte. Ou seja, nos últimos séculos a sociedade tem usado como base de seu crescimento os combustíveis de origem fóssil, que na atualidade, além de seu esgotamento têm originado problemas ambientais derivados de seu uso. Dada esta situação, surge a necessidade de pesquisar sobre fontes alternativas de energia que tenham um menor impacto ambiental, como por exemplo, os chamados biocombustíveis, os quais são, na realidade, combustíveis de origem biomássica. Neste trabalho, fazendo-se uso da análise exergética e exergo-ambiental, são avaliadas diferentes rotas de produção de biocombustíveis: hidrólise ácida do amido da polpa da banana ou da banana, e hidrólise enzimática do material lignocelulósico de resíduo do cultivo da banana para obter açúcares que depois são fermentados e destilados para obtenção de etanol; produção combinada de açúcar e etanol mediante a moagem da cana de açúcar, concentração, cozimento e refino do açúcar e fermentação e destilação dos açúcares da cana-de-açúcar para produzir etanol; assim como a extração e transesterificação do óleo da palmeira-do-dendê para a produção de biodiesel. Para a análise da produção combinada de açúcar e etanol usando a cana de açúcar, e a extração do óleo da palmeira do dendê, foram usados dados técnicos obtidos de plantas de produção localizadas na Colômbia operando em condições normais. Para a produção do biodiesel, foram usados dados técnicos obtidos da planta de produção piloto da Universidade Nacional de Colômbia, e para a modelagem das rotas de produção de etanol usando o material vegetal da banana, os dados de análises experimentais feitos no Laboratório do Bioprocessos da Universidade Nacional de Colômbia. A análise é feita considerando desde o cultivo da biomassa até a obtenção do biocombustível, dividindo cada rota de produção em seus principais volumes de controle: cultivo da biomassa, processos de produção, planta de utilidades e a planta de tratamento dos resíduos. Em cada volume de controle é definida e obtida a eficiência exergética nas condições atuais dos processos, visando a otimização dos parâmetros que participam do processo produtivo. Da análise, encontra-se que as maiores irreversibilidades são geradas nos processos onde acontecem reações termoquímicas irreversíveis, especialmente a reação de combustão, hidrólise e fermentação, e a necessidade de continuar pesquisando para reduzir o consumo dos insumos utilizados, calor e trabalho mecânico. Finalmente, por meio da análise exergo-ambiental é proposto o Indicador Exergético de Renovabilidade, o qual avalia a exergia dos produtos em relação à exergia não-renovável nos insumos, de desativação dos resíduos, perda nos resíduos não desativados e a exergia destruída nos processos. Como conclusão principal, encontra-se que ainda que seja usada biomassa como matéria principal, devido especialmente à entropia gerada nas etapas dos processos, algumas rotas de produção de biocombustíveis podem ser classificados como não renováveis. / The industrial revolution led the society to increase the use of energy resources, and in the 20th Century to the intensive use of petroleum derivate, due to the development of internal combustion engines for transport end-use. Therefore, during the last 200 years, the society has used fossil fuel as basis for its development, which actually has originated environmental problems derived of its intensive use. Set against this situation, it arises the necessity to research alternative energy resources with less environmental impacts, such as biofuels, originated from biomass. In this work, using the exergy and exergo-environmental analysis, different biofuel production processes are evaluated: acid hydrolysis of starch from banana fruit pulp or banana fruit and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic residual material from banana fruit production to produce sugars that are fermented and distillated to produce ethanol; combining production of sugar and ethanol from sugar cane; as well as the african palm oil extraction and transesterification to biodiesel production. For combining production of sugar and ethanol from sugar cane and african palm oil extraction, were used technical dates from industrial production plants located in Colombia, working in normal conditions. For biodiesel production, was used technical dates from pilot plant production from National University of Colombia and for ethanol production routes from banana fruit, were used technical dates obtained from experimental analysis doing in Biochemical Laboratory of National University of Colombia. The analysis developed takes into account the different energy conversion processes from biomass growing to final product obtained, dividing each process on its main control volumes: biomass growing and transport, production plant, utility plant and residues treatment plant. The exergy efficiency for each control volume is defined and calculated aiming at the optimization of main thermodynamics variables that are taking part in the production process. From the analysis, it is founded that the greater irreversibilities are generated in processes where termochemical irreversible reactions take place, specially: the combustion, hydrolysis and fermentation reaction, and the necessity to continue researching to diminish the use of raw material as well as steam and mechanical work. Finally, based on the exergo-environmental analysis, it is proposed the Renewability Exergetic Indicator, which aims to evaluate the relation among the exergy in the products obtained and the non-renewable exergy input, the deactivation exergy consumed in residues treatment, as well as the exergy destroyed on production processes and exergy lost in non treated residues. The main conclusion is that, despite the use of biomass as raw material, some biofuels production processes may be classified as non-renewable, due to the entropy generation in production phases.