Estágio realizado na EDP - Distribuição, S.A. - e orientado pelo Eng. Paulo Nuno Louzinha Alves / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de Especialização de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Materiais e Processos de Construção. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Estágio realizado na EFACEC, e orientado pelo Eng. Nuno Costa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Automação). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de Especialização de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

This work was supported in part by FCT-Fundação para a Ciência e a Tecnologia de Portugal, under the grant SFRH/BD/47973/2008 and within the framework of the Project "Green Island" with the Reference MIT-PT/SES-GI/0008/2008, by the European Commission within the framework of the European Project MERGE - Mobile Energy Resources in Grids of Electricity, contract nr. 241399 (FP7) and by INESC Porto - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores do Porto / Tese de doutoramento. Sistemas Sustentáveis de Energia. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Submitted by Cristhiane Guerra (cristhiane.guerra@gmail.com) on 2017-01-25T14:44:58Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4811599 bytes, checksum: 289365565ea508871284917b3eac9ce0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-25T14:44:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4811599 bytes, checksum: 289365565ea508871284917b3eac9ce0 (MD5) Previous issue date: 2016-11-04 / The exponential increase in energy demand and the growing need for sustainable energy production require diversification of energy sources. Biomass has stood out due to their economic and physicochemical particulars, and may be considered as the energy source of the future. Agricultural waste is a form of biomass suitable for energy production. The cultivation and beneficiation of cashew generated, in 2015, between 1.4 and 1.5 million tons of cashew nut shell (CNS) and between 4.2 and 5.0 million tons of cashew apple bagasse (CAB) (IBGE, 2016). Therefore, the use of these waste for energy purposes would reduce disposal issues of these and could substitute others fuels in industries. The objective of this study is to verify the possibility of using solid waste from cashew culture as an alternative and renewable energy source in thermal conversion processes, characterizing them physically and chemically (immediate analysis, elemental analysis, density measurement, calculation of calorific value, SEM and XRF), and verifying the probability of ash melt. Furthermore, the thermal behavior of the residues was evaluated by thermogravimetric analysis carried out in inert and oxidizing atmosphere in order to analyze the processes of pyrolysis and combustion, respectively. The thermal behavior of waste was evaluated by thermal gravimetric analysis. CNS is more energetic than the CAB, because despite having the same H/C ratio (0.13), CNS has lower O/C ratio (0.67) than CAB (0.89). The N and S found were high for both CAB (3.59 and 0.98%, respectively) and CNS (0.85% and 0.89 respectively), indicating the release of pollutants during thermochemical conversion which must be contained. The CAB and the CNS showed a high density, high volatile matter content and low ignition temperature, 167 ºC and 199 ºC respectively, as well as low ash content, 3.55 and 2.16% for CAB and CNS, respectively. The pyrolysis curve showed that there were three major peaks for CNS, relating to the degradation of hemicellulose, cellulose and lignin fraction, respectively; while for CAB it was observed the presence of a well defined peak at 300 ºC, representing the superposition of simultaneous degradation of lignocellulosic components. During the combustion, there are three peaks for CNS, which indicates loss of hemicellulose, cellulose and lignin, predominantly, and for CAB there were two predominant peaks, corresponding to the loss of the hemicellulose and cellulose to the oxidation of the cellulose. In conclusion, it was found that the solid wastes in question have potential to be used as an alternative and renewable energy source and may collaborate with energy diversification, giving a sustainable disposal for cashew cultivation residues. / O aumento da demanda energética e a crescente necessidade de produção sustentável de energia tem mostrado a importância da diversificação das fontes energéticas. A biomassa tem se destacado por suas características econômicas, físicas e químicas, podendo ser considerada como a fonte energética do futuro. Os resíduos agrícolas são uma forma de biomassa apropriada para produção energética. A geração de resíduos proveniente do cultivo e beneficiamento do caju produziu em 2015, no Brasil, entre 1,4 e 1,5 toneladas de casca de castanha de caju (CCC) e entre 4,2 e 5,0 toneladas de resíduo de pseudofruto de caju (BC). Portanto, a utilização de resíduos sólidos da cajucultura para produção de energia, reduziria a problemática da destinação desses resíduos e poderia substituir a lenha para aplicação energética utilizada no próprio beneficiamento ou em outras indústrias. O objetivo deste trabalho é verificar a possibilidade de utilização dos resíduos sólidos da cajucultura como fonte alternativa e renovável de energia em processos de conversão termoquímica, por meio das caracterizações física e química (análise imediata, análise elementar, densidade, poder calorífico, microscopia eletrônica de varredura e fluorescência de raios X), observando também a probabilidade de fusão das cinzas. O comportamento térmico dos resíduos foi avaliado por meio de análise termogravimétrica. A CCC é mais energética que o BC, pois apesar de possuírem a mesma relação H/C (0,13), a CCC possui menor relação O/C (0,67) que o BC (0,89). Os teores de N e S encontrados foram altos para ambos BC (3,59 and 0,98%, respectivamente) e CCC (0,85% and 0,89 respectivamente), indicando lançamento de poluentes durante a conversão termoquímica que deve ser contida. Verificou-se que os resíduos analisados apresentam potencial para utilização em processos de conversão térmica, devido a alta densidade, elevado percentual de voláteis, baixa temperatura de ignição (BC = 167 ºC e CCC = 199 oC). Observou-se também um baixo teor de cinzas (BC = 3,55% e CCC = 2,16%), com probabilidade de baixas temperaturas de fusão destas, devido à elevada concentração de potássio (BC = 61,29 e CCC = 50,57%). O comportamento térmico das amostras mostrou que durante a pirólise, há três picos principais de perda de massa para a casca da castanha de caju (CCC) (em torno de 240, 300 e 440 °C) e um pico bem definido para o bagaço de caju (BC) (em torno de 300 °C); já durante a combustão, verificaram-se três picos predominantes para a CCC (aproximadamente 240, 450 e 490 °C), o que indica a perda de hemicelulose, celulose e lignina, predominantemente, e dois picos preponderantes para o BC (300 e 500 °C, aproximadamente), correspondendo à perda da hemicelulose e celulose para a oxidação da celulose. Os resíduos sólidos em questão tem potencial para serem usados como fonte alternativa de energia renovável e podem colaborar com a diversificação energética, dando um descarte sustentável aos resíduos da cajucultura.

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.