Energy sources usually used are fossil fuels, which are recursosexauríveis and combustion gases responsible for environmental damage generates. For these reasons, it is necessary to identify alternative energy sources that produce less negative impacts. In this scenario, the hydrogen arises as an alternative source of energy, since it is renewable and there's only generation combustion of oxygen and water, and therefore considered a clean fuel. Similarly, the methane is important in decentralised energy generation and contributes to increase the viability of implementing waste treatment processes. The fermentation is a biological process sustainably to produce hydrogen and methane, because you can use as many different types of agro-industrial waste substrate rich in carbs, minimizing the problems caused by the improper disposal of these materials, which can be harmful to the environment. On the above, the objective of this work was to apply agro-industrial residue of coconut processing in anaerobic reactors for biological production of hydrogen and methane, studying the acidogenic phase coupling with metanogênica serial reactors (two-phase system). For development, were used two anaerobic Fluidised bed reactors (RALF) in series, the first being for the biological production of hydrogen from the agro-industrial residue and the second for reusing the effluent of acidogênico first RALF, aiming at the production of methane. The reactors were operated under progressive increase of organic loading rate (TCO), varying the hydraulic detention time (TDH) of operation. For adhesion of microorganisms, employed as materials supports the expanded clay in the reactor for production of hydrogen and the shells of sururu on methane production reactor. It was found that the generation of hydrogen and methane in two-phase system. Higher income and percentage were obtained on biogas in the TDH of 2:00, corresponding to the values of 2.45 mol H2/mol glucose and 33.82%. Already the largest hydrogen production occurred in the TDH of 1:00, it was 0.57 L/h/l. for the production, income and the percentage in methane biogas, highest values were observed in the TDH of 12:00 am such values corresponded, respectively, to 1.56 L/h/L, 0.09 L CH4/g cod and 38.60%. During the operation of the reactors, were observed in all stages, the presence of acetic acid, butyric acid, propionic acid, caproic acid and ethanol. Compared to other systems of anaerobic digestion, two-phase system used in this work showed satisfactory performance parameters. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / As fontes energéticas usualmente utilizadas são os combustíveis fósseis, que são recursosexauríveis e cuja combustão gera gases responsáveis por danos ambientais. Por esses motivos, faz-se necessário identificar fontes de energias alternativas que produzam menos impactos negativos. Nesse cenário, o hidrogênio surge como uma fonte alternativa de energia, já que é de origem renovável e na sua combustão há a geração apenas de oxigênio e água, sendo, portanto, considerado um combustível limpo. Similarmente, o metano é importante na geração descentralizada de energia e contribui para aumentar a viabilidade da implementação de processos de tratamentos de resíduos. O processo biológico fermentativo é uma forma sustentável de produzir hidrogênio e metano, pois pode utilizar como substrato diversos tipos de resíduos agroindustriais ricos em carboidratos, minimizando os problemas causados pelo descarte inadequado desses materiais, os quais podem ser nocivos ao meio ambiente. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi aplicar o resíduo agroindustrial do processamento de côco em reatores anaeróbios para a produção biológica de hidrogênio e metano, estudando o acoplamento da fase acidogênica com a metanogênica em reatores em série (sistema de duas fases). Para o desenvolvimento, foram usados dois reatores anaeróbios de leito fluidificado (RALF) em série, sendo o primeiro para a produção biológica de hidrogênio a partir do resíduo agroindustrial e o segundo para reaproveitar o efluente acidogênico do primeiro RALF, objetivando a produção de metano. Os reatores foram operados sob aumento progressivo da taxa de carregamento orgânico (TCO), variando o tempo de detenção hidráulica (TDH) de operação. Para aderência dos microrganismos, empregaram-se como materiais suportes a argila expandida no reator para produção de hidrogênio e as conchas de sururu no reator de produção de metano. Verificou-se a geração de hidrogênio e metano no sistema de duas fases. Foram obtidos maiores rendimento e porcentagem no biogás de hidrogênio no TDH de 2 h, correspondendo aos valores de 2,45 mol H2/mol glicose e 33,82%. Já a maior produção de hidrogênio ocorreu no TDH de 1 h, que foi de 0,57 L/h/L. Para a produção, o rendimento e a porcentagem no biogás de metano, foram observados maiores valores no TDH de 24 h. Tais valores corresponderam, respectivamente, a 1,56 L/h/L, 0,09 L CH4/g DQO e 38,60%. Durante a operação dos reatores, foram observadas, em todas as fases, as presenças de ácido acético, ácido butírico, ácido propiônico, ácido capróico e etanol. Em comparação a outros sistemas de digestão anaeróbia, o sistema de duas fases usado no presente trabalho apresentou parâmetros de desempenho satisfatórios.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-01T13:55:41Z No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T13:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) Previous issue date: 2004-12-06 / Neste trabalho estudou-se inicialmente a secagem de fatias de goiabas cortadas no sentido polar da fruta, os resultados obtidos mostraram que o produto apresentou alterações desfavoráveis a comercialização, apresentando alteração significativa na cor, escurecimento, como também, na textura das fatias. Numa segunda etapa utilizou-se os processos combinados de leito fixo/leito de jorro e de leito fixo/leito fluidizado para a secagem de pedaços cúbicos de goiaba obtidos do mesocarpo da fruta. Inicialmente, fez-se um estudo fluidodinâmico dos pedaços cúbicos de goiaba em leito de jorro e leito fluidizado o qual mostrou a viabilidade do uso dessas técnicas, embora as propriedades físicas do material após pré-secagem em leito fixo tenham afetado sensivelmente a fluidodinâmica dos leitos, os quais sofreram modificações estruturais. No estudo fluidodinâmico em leito de jorro foram determinadas a velocidade mínima de jorro e a altura máxima capaz de manter o jorro estável. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com correlações da literatura e mostraram boa concordância. Em leito fluidizado determinou-se a velocidade de mínima fluidização experimental os resultados obtidos apresentaram boa com os determinados através de correlações empíricas. Posteriormente, realizou-se um estudo das propriedades físicas, propriedades térmicas e um estudo do equilíbrio higroscópico dos pedaços cúbicos da fruta. Os resultados encontrados da massa específica e do diâmetro mostraram que estes se enquadram na categoria D, segundo a classificação de Geldart, o que favorece a um jorro e fluidização incipiente. Em relação ao estudo do encolhimento dos cubos observou-se um comportamento linear com o volume par todos os níveis de umidade do produto durante a secagem. Contudo, para umidade de 1,5 em base seca, durante a secagem em leito de jorro, duas regiões bem distintas foram caracterizadas pela mudança na inclinação da curva. Em relação às propriedades térmicas estas apresentaram a mesma tendência, ou seja, aumentando com a elevação da umidade passando por um máximo correspondente ao máximo encontrado na massa específica. No estudo do equilíbrio higroscópico, observou-se que as isotermas, dentro da faixa de temperatura estudada, foram ajustadas ao modelo de Henderson apresentando um ajuste satisfatório, não se observando efeito da temperatura. No estudo da cinética de secagem utilizou-se o modelo difusional para esferas, truncado em quatro termos levando-se em conta o efeito do encolhimento, os resultados obtidos para leito fixo/leito de jorro ajustou bem os dados experimentais. Por outro lado, este modelo não prediz satisfatoriamente o comportamento da secagem em leito fixo/leito fluidizado haja vista o fator encolhimento não ter sido utilizado no modelo. O coeficiente de difusão efetivo para níveis de umidades mais elevados apresentaram a mesma ordem de grandeza para ambos os processos independente da altura do leito. A hipótese de controle difusional externo desprezível foi confirmada a partir do número de Biot de massa que foi muito elevado. O desempenho dos secadores foi realizado a partir da determinação das perdas de vitamina C e da eficiência de energética do processo. Verificou-se que a degradação do ácido ascórbico é mais acentuada em leito de fluidizado. Com relação a eficiência energética valores mais elevados foram encontrados em níveis de umidade mais acentuadas. De maneira geral, podemos afirmar que o sistema combinado de secagem de pedaços cúbicos de goiaba aponta de forma promissora para a produção de um novo produto obtido a partir de uma tecnologia simples, obtendo-se produtos com características adequadas à comercialização. / Initially, the objective of this work was to study the drying of whole guava slices cut in the fruit polar direction. The results pointed out that this process introduced adverse aspects for commercialization, such as significant alteration in color, darkness, and slices texture. Looking for a better product quality, studies on combined process fixed bed/spouted bed and fixed bed/fluidized bed for guava cubic pieces drying were performed in a second step. The guava slices were obtained by cutting the fruit pith in approximately 1cm cubic form. A fluid-dynamic study in spouted bed and fluidized bed showed the feasibility of this technique, although the physical properties of guava cubic pieces after pre-drying in fixed bed affected the fluid-dynamics behavior causing structural alteration. The minimum spouting velocity, the maximum spoutable height and the minimum fluidization velocity as well, were determined and the obtained results showed good agreement with literature correlations. In order to characterize the fruit cubic pieces, the physical properties, thermal properties and hygroscopic equilibrium were determined as a function of the moisture content. The results of density and diameter pointed out that the particles were classified as type D according Geldart. In such situation, one may expect a stable spouting with incipient fluidization. In relation to the study of the shrinking and deformation it was observed a linear volume contraction with the moisture reduction at all levels of product moisture content during drying, together with a rapid rounding of the cube vertices. Spite the linear behavior, two distinct regions, limited by 1,5 (db) moisture content, had been observed during the spouted bed drying, characterized by the change in the curve slope. The thermal properties, thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, were measured as a function of moisture content. All three presented the same trend: it was observed a region of increasing value of the property with the moisture content with a maximum in the region of maximum density. The Henderson model was adjusted to the hygroscopic equilibrium isotherms; the results showed a good fitting and little effect of temperature was observed within the studied temperature range. A diffusional model for spheres was proposed to describe the drying kinetics. The Fick's solution, truncated in four terms of the series and including the shrinking effect, was used in the modeling. The fixed bed/spouted bed experimental data showed a good fitting whereas this model does not satisfactorily predict the drying behavior in the fixed bed/fluidized bed system. The failure in this case is probably due to the shrinking factor was not considered in the model for fixed/fluidized bed. The effective diffusion coefficient for high levels of moisture presented the same order of magnitude for both processes, independent of the bed height. The internal diffusional control hypothesis for the mass transfer was then confirmed by the high mass Biot number, calculated for both processes. The driers performance was evaluated by means of analysis of the vitamin C loss and process energetic efficiency. It was verified that the acid ascorbic degradation is more significant in the fluidized bed, probably due to the instable behavior of this configuration. With regard to the energy efficiency higher values were found for the highest moisture content levels. In general, it is concluded that the combined system fixed/spouted or fixed/fluidized bed drying of guava pieces is an expecting suitable process to obtain a new product by a simple technology, getting products with adequate characteristics to the commercialization.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-01-12Bitstream added on 2014-06-13T20:54:32Z : No. of bitstreams: 1 souza_mp_me_bauru.pdf: 1121017 bytes, checksum: 8ed8fe65e5cd46111ec16064bc42b009 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No presente trabalho desenvolve-se um estudo de modelagem matemática e simulação numérica do escoamento bifásico gás-sólido em leito fluidizado borbulhante. Utiliza-se o modelo Euleriano de duas fases separadas formulando o tensor das tensões da fase sólida através da teoria cinética dos escoamentos granulares. As simulações numéricas são realizadas através do código fonte MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchanges) desenvolvido no NETL (National Energy Technology Laboratory). Os resultados de simulação numérica são avaliados por meio da análise da influência dos seguintes parâmetros: malha computacional e esquemas de discretização dos termos convectivos das equações de conservação. Com base nos estudos teóricos e resultados obtidos durante o trabalho conclui-se que esquemas de primeira, tais como FOUP são altamente difusivos, já os resultados obtidos utilizando o esquema de alta ordem, Superbee, produziu resultados de melhor qualidade para as malhas testadas neste trabalho. Além disso, os resultados mostraram-se bastante dependentes do tamanho da malha computacional. / In the present work is described a mathematical model and numerical simulation of gas-solid two-phase flow in a bubbling fluidized bed. It is used the Eulerian gas-solid two-fluid model and the solid phase stress tensor is modeled considering the kinetic theory of granular flows. The numerical simulations were developed using the MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchanges) code developed in NETL (National Energy Technology Laboratory). The numerical diffusion is analyzed considering a single bubbling detachment and its movement process in a two-dimensional bubbling fluidized bed using the bubble shape as a metric for results description. The influence of computacional grid it is also analyzed. It is concluded that SuperBee scheme produces the better results and analysis about estimating uncertainty in grid refinement should be studied.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-28Bitstream added on 2014-06-13T18:42:35Z : No. of bitstreams: 1 pedro_mam_dr_sjrp.pdf: 1284122 bytes, checksum: 45709686cf62bab3c06f4aeffcf8c502 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os objetivos deste trabalho foram analisar a influência do tipo e da quantidade de aditivos, além de diferentes métodos de secagem da polpa de maracujá em pó, nas isotermas, propriedades termodinâmicas de sorção e nos atributos de qualidade do produto obtido. No capítulo 1 descreve-se o efeito de diferentes aditivos - maltodextrina DE 10 e goma arábica - sobre as isotermas de sorção nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50 ºC de polpa de maracujá em pó obtida por secagem a vácuo. O modelo de GAB se ajustou aos dados de sorção. As isotermas apresentaram comportamento da curva do tipo II, na classificação de Brunauer. Observou-se que a adição de maltodextrina DE 10 e de goma arábica à polpa de maracujá desidratada reduziu a umidade de equilíbrio em relação à umidade da polpa pura e não houve diferença considerável entre as umidades de equilíbrio das amostras da polpa com 18% de goma arábica e polpa com 18% ou 55% de maltodextrina. O aumento da concentração da maltodextrina não teve influência sobre os valores de umidade de equilíbrio. O calor isostérico de sorção da polpa em pó aumentou com o decréscimo da umidade, ao mesmo tempo em que apresentou menores valores para a polpa em pó com aditivos do que os observados para a polpa pura. Através da teoria da compensação isocinética, pode-se concluir que o processo de sorção de água pela polpa de maracujá em pó é um processo espontâneo e controlado pela entalpia para todas as amostras testadas. No capítulo 2 foi analisada a influência de três métodos de secagem: em estufa a vácuo (60 ºC), spray drying (140 ºC) e liofilização sobre as isotermas da polpa de maracujá em pó com 55% de maltodextrina DE 10. O pó produzido em spray dryer apresentou maior capacidade de sorção em relação aos pós desidratados em estufa a vácuo e em liofilizador. No capítulo 3 foi avaliada a influência... / The objectives of this work were to analyze the influence of type and quantity of additives, in addition to different drying methods, on the production of powdered passion fruit pulp, on its water sorption isotherms and on its themodynamical properties, as well as evaluating the quality attributes of the obtained product. Chapter 1 describes the effect of different additives - maltodextrin DE 10 and Arabic gum - on the sorption isotherms at temperatures of 20, 30, 40 e 50 ºC of passion fruit pulp powder obtained by vacuum drying. The sorption data were well adjusted by GAB model. The isotherms presented behavior of type II curves according to the Brunauer classification. The addition of maltodextrin DE 10 and Arabic gum to the passion fruit pulp powder decreased the equilibrium water content when compared to the pure powdered pulp and no considerable differences between the equilibrium moisture content of samples with 18% of arabic gum and with 18% or 55% of maltodextrin were observed. The increase in maltodextrin concentration did not affect the equilibrium water contents. The isosteric heat of sorption of the powdered pulp increased with decreasing water content, at the same time that lower values were obtained to powdered pulp with additives than to pure powdered pulp. Through the isokinetic compensation theory it could be concluded that the water sorption process by the powdered passion fruit pulp is an enthalpy controlled, spontaneous process for all tested samples. In chapter II, the influence of three drying methods: vacuum drying (60 ºC), spray drying (140 ºC) and freeze drying over the powdered passion fruit pulp isotherms with 55% of maltodextrin DE 10, was analyzed. The passion fruit pulp powder produced by spray drying presented higher sorption ability than vacuum dried and freeze dried pulp. In chapter 3, the influence of different concentrations and different dextrose... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:52:40Z No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:52:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:53:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T18:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The present evaluated the influence of hydraulic retention time (HRT), cheese whey substrate concentration, temperature in thermophilic range (55 a 75oC) and cofermentation of sugar cane stillage and cheese whey in continuous hydrogen production in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) and expanded granular sludge bed reactor (EGSB). Seven reactors were used, being three of them in EGSB configuration in mesophilic temperature (30oC) feed in different cheese whey concentrations were inoculated with mesophilic sludge from the poultry slaughterhouse wastewater (RM5, RM15 e RM25). Other four reactors in AFBR configuration, inoculated with thermophilic sludge from the treatment of sugarcane stillage, were operated in thermophilic range. In these it was evaluated the effect of temperature in thermophilic range using as substrate cheese whey (RTS) and sugar cane stillage (RTV). Also, it was evaluated the cofermentation of stillage with cheese whey (RTCV e RTCVS). In the reactors RM5, RM15, RM25, RTS and RTV, it was observed the volumetric H2 production (HPR) and H2 content increase behavior from the HRT decrease. However, there was a decrease in H2 yield (HY) in lower HRT for all reactors, reaching a maximum of 5.51 ± 0.37 mmol.g DQO-1 (RTS). The increase in cheese whey substrate concentration favored the hydrogen production in EGSB reactors, with maximum HPR of 0.312 ± 0.026L H2.h-1.L-1 in the concentration of 25,000mg lactose.L-1 (RM25). The increase in temperature from 55oC to 75oC, the hydrogen production was reduced because of the difficult adaptation of the microbial community originally from a thermophilic sludge. The cofermentation strategy enabled the increase of HY in the HRT of 8h, with a maximum of 0.82 ± 0.07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). The main soluble metabolites related to hydrogen production were acetic and butyric acids. On the other hand, higher lactate concentrations were observed in conditions with low hydrogen production. / Este estudo avaliou as influência do tempo de detenção hidráulica (TDH), da concentração de soro de queijo no afluente, da temperatura em faixa termofílica (55 a 75oC) e da cofermentação de vinhaça e soro de queijo na produção contínua de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) e em reator anaeróbio de leito granular expandido, do inglês expanded granular sludge bed (EGSB). Foram utilizados sete reatores, sendo que em três reatores foi utilizada a configuração EGSB em temperatura mesofílica (30oC) alimentados em diferentes concentrações de soro de queijo inoculados com lodo mesofílico proveniente do tratamento de águas residuárias do abatedouro de aves (RM5, RM15 e RM25). Outros quatro reatores na configuração RALF foram operados na faixa termofílica foram inoculados com lodo termofílico proveniente do tratamento de vinhaça de cana de açúcar. Nestes foi avaliado o efeito da temperatura em faixa termofílica alimentado com soro de queijo (RTS) e vinhaça (RTV). Também foi avaliada cofermentação de vinhaça com soro de queijo (RTCV e RTCVS). Nos reatores RM5, RM15, RM25, RTS e RTV, foi observado o comportamento de elevação da produtividade volumétrica de H2 (PVH) e na composição de H2 no biogás partir da redução do TDH. No entanto, verificou-se redução do rendimento de H2 (HY) em todos os reatores em valores reduzidos de TDH, alcançando valor máximo de 5,51 ± 0,37 mmol.g DQO-1 (RTS). O aumento da concentração de soro de queijo no afluente favoreceu a produção de hidrogênio em reatores EGSB, com PVH máxima de 0,312 ± 0,026L H2.h-1.L-1 na concentração de 25.000mg lactose.L-1 (RM25). Com a elevação da temperatura de 55oC para 75oC, a produção de hidrogênio foi reduzida devido dificuldade de adaptação da comunidade microbiana proveniente de inóculo originalmente termofílico. A estratégia de cofermentação possibilitou o aumento do HY no TDH de 8h, com valor máximo de 0,82 ± 0,07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). Os principais metabólitos relacionados com a elevada produção de hidrogênio foram os ácidos acético e butírico. Por outro lado, foram observadas elevadas concentrações de lactato em condições com baixa produção de hidrogênio. Palavras-chave: Água residuária agroindustrial, co-substrato, vinhaça de cana de açúcar, soro de queijo, reator anaeróbio de leito fluidizado e reator anaeróbio de leito granular expandido.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4623.pdf: 1933289 bytes, checksum: 2fe0862970018a5264c75880e4d507f8 (MD5) Previous issue date: 2012-03-09 / Universidade Federal de Sao Carlos / Hydrogen and ethanol production using microorganisms is a promising area of technological development from a wide variety of renewable and alternative to this production is the use of anaerobic fluidized bed reactor (AFBR). One of the factors that most influence the performance of the AFBR is the material support, which must provide abrasion resistance, porous surface conducive to colonization by microorganisms, easy to achieve fluidization and ability to promote mass transfer between the medium and biofilm. Thus, the objective of this study was to evaluate the influence of different support materials (polystyrene - R1, grounded tire - R2 and polyethylene terephthalate (PET) - R3) on producing hydrogen and ethanol using three anaerobic fluidized bed reactors. Each reactor had a total volume of 4192 cm3 and was fed with media containing glucose as the carbon source (4000 mg L-1) with an influent pH around 5.0 and an effluent pH of about 3.5, a hydraulic retention time (HRT) of 8 1 h at a temperature of 23 2 ºC, with thermal treatment of the inoculum. For hydrogen production, the best performance was achieved with R2 (2.11 mol H2 mol-1 glucose), providing the highest H2 content in biogas (60%). In all reactors, the predominant soluble metabolites were acetic acid, butyric acid, lactic acid and ethanol, with small amounts of propionic acid. The reactor R2 produced more acetic and butyric acid (434.74 and 1013.61 mg L-1, respectively). However, reactor R3 showed a better performance for ethanol production (1941.78 mg L-1). / A produção de hidrogênio e etanol usando microrganismos é uma promissora área de desenvolvimento tecnológico a partir de uma ampla variedade de fontes renováveis e uma das alternativas para esta produção é a utilização do reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF). Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes materiais suporte (poliestireno - R1, pneu inservível triturado - R2 e PET - R3) visando à produção de hidrogênio e etanol utilizando três reatores anaeróbios de leito fluidizado. Cada reator possuía um volume total de 4192 cm3, alimentado com meio contendo glicose como fonte de carbono (4000 mg.L-1), com tempo de detenção hidráulica (TDH) entre 8 e 1 h a uma temperatura entre 20 e 25ºC, com tratamento térmico do inóculo, utilizando culturas mistas. Para produção de hidrogênio, o melhor desempenho foi do R2, apresentando melhor rendimento de H2 (2,11 mol-H2.mol-1-glicose) e melhor conteúdo de H2 no biogás (60%). Os metabólitos solúveis predominantes em todos os reatores foram ácidos acético e butírico e etanol, havendo uma pequena produção de ácido propiônico, sendo o R2 o que mais produziu ácidos acético e butírico (434,74 e 1013,61 mg/L, respectivamente). Entretanto, o R3 apresentou um melhor desempenho para produção de etanol (2,43 mol-EtOH.mol-1-glicose). Assim, pode-se afirmar que foi possível produzir simultaneamente hidrogênio e etanol como biocombustíveis.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2404.pdf: 4034212 bytes, checksum: 2913adf06c11c92402ccb17ed7a97fa8 (MD5) Previous issue date: 2009-02-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / Hydrogen is a clean and renewable source of energy and it is considered the "fuel of the future", because it produces only water during combustion and when it is used as fuel and hydrogen has a high energy yield of 122 kJ/g, which is 2.75 times greater than hydrocarbon fuels. The hydrogen production using microorganisms is a promising area of technological development from a wide variety of renewable and a alternative for this production is to use the anaerobic fluidized bed reactor (AFBR), a promising reactor for hydrogen production. One of the factors that most influence the performance of AFBR is the support material, which should provide resistance to abrasion, porous surface conducive to colonization by microorganisms, easy fluidization to reach and ability to facilitate the transfer of mass between the middle and biofilm. Thus, the objective of this study was to evaluate the influence of different support materials (polystyrene - R1, ground tire - R2 and PET - R3) for the hydrogen production, using three AFBR. Each reactor had a total volume of 4192 cm3, which was used as carbon source 4000 mg.L-1 of glucose, with pH influent around 7.0 and pH effluent of around 5.5, with hydraulic retention time (HRT) between 8 and 0.5 h, with temperature of 30 o C } 1, with heat treatment of the inoculum. The best performance was R2, giving better hydrogen yield production (HY) (2.15 mol-H2.mol-1-glucose), best H2 content in the biogas (52.97%) and showed a higher glucose conversion (90%). However, the R3 was better in the hydrogen production rate (HPR), 1.07 lh-1.L-1, a secondary parameter in the analysis of performance of the reactors. In all reactors, the production volume of hydrogen and H2 content in biogas increased with the reduction of the TDH, 8 pm to 1 HEO yield of hydrogen production increased with the reduction of the TDH, 8 h for 2 h. The major soluble metabolites during H2 fermentation were acetic acid (HAc), butyric acid (HBu), lactic acid (HLa) and ethanol (EtOH), and a small production of propionic acid and R2 was the reactor that more produced HAc and HBu (42.0% e 36.5%, respectively) . The better performance of R2 can be explained by the roughness of ground tire is larger than the other materials used, accumulating a large quantity of attached biomass, and a greater quantity of bacteria hydrogen producing. There was a predominance of bacilli like Clostridium sp. in the biofilm of all support materials. / O hidrogenio e uma fonte de energia limpa e renovavel e e considerado o combustivel do futuro , pois gera somente agua durante sua combustao e apresenta calor de combustao de 122 kJ.g-1, o que representa 2,75 vezes mais conteudo de energia do que qualquer hidrocarboneto. A producao de hidrogenio usando microrganismos e uma promissora area de desenvolvimento tecnologico a partir de uma ampla variedade de fontes renovaveis e uma das alternativas para esta producao e a utilizacao do reator anaerobio de leito fluidizado (RALF). Um dos fatores que mais influenciam o desempenho do RALF e o material suporte, que deve apresentar resistencia a abrasao, superficie porosa favoravel a colonizacao de microrganismos, facilidade para alcancar a fluidizacao e capacidade de favorecer a transferencia de massa entre o meio e o biofilme. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influencia de diferentes materiais suporte (poliestireno - R1, pneu inservivel triturado - R2 e PET - R3) na producao de hidrogenio utilizando tres reatores anaerobios de leito fluidizado. Cada reator possuia um volume total de 4192 cm3, alimentado com meio contendo glicose como fonte de carbono (4000 mg.L-1), com pH afluente em torno de 7,0 e efluente em torno de 5,5, com tempo de detencao hidraulica (TDH) entre 8 e 0,5 h a uma temperatura de 30oC } 1oC, com tratamento termico do inoculo. O melhor desempenho foi do R2, apresentando melhor rendimento de H2 (2,15 mol-H2.mol-1-glicose), melhor conteudo de H2 no biogas (52,97%) e maior conversao de glicose (90%). Entretanto, o R3 foi melhor na producao volumetrica de H2, 1,07 L.h-1.L-1, um parametro secundario na analise de desempenho dos reatores. Em todos os reatores, a producao volumetrica de hidrogenio e o conteudo de H2 no biogas aumentaram com a reducao do TDH de 8 h para 1 h e o rendimento de producao de hidrogenio aumentou com a reducao do TDH de 8 h para 2 h. Os metabolitos soluveis predominantes em todos os reatores foram acidos acetico, butirico, latico e etanol, havendo uma pequena producao de acido propionico, sendo o R2 o que mais produziu acidos acetico e butirico (42,0% e 36,5%, respectivamente). O melhor desempenho do R2 pode ser explicado pela rugosidade do pneu triturado ser maior do que a dos demais materiais empregados, acumulando uma maior quantidade de biomassa aderida e uma maior quantidade de bacterias acidogenicas produtoras de hidrogenio. Houve predominancia de bacilos semelhantes a Clostridium sp. no biofilme de todos os materiais suporte.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 719250 bytes, checksum: 88cbe0bf2708fae3d37f97ecb94a5554 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / The lack of physical space to lay out waste generated by the process is one of the major is a residue derived from pulping, bleaching of cellulosic fibers, and papermaking process; originally having the composting practice as final disposition method. High financial resources are involved to this disposition practice, including sludge transporting costs to a suitable place. Thus, the objective of this work is to provide technical support for burning a waste generated by the pulp and papermaking process at Fibria-MS, the secondary sludge from effluent treatment station, in a high pressure steam generation fluidized bed boiler. In this study, the burst test of a biomass mixture and biological sludge in a fluidized bed boiler presented the following trends, when compared to a control period (burning biomass only): reduction of dry sample content; reduction of the calorific value as such; maintenance of the value of calorific value for the dry sample; increased boiler air flow; reduction of the recirculated air flow in the boiler; bed temperature maintenance, however with greater data variability; increase in particulate matter and TRS emissions of the boiler, yet, showing acceptable values, according to Conama resolution. It was possible to conclude that the burning of treatment station biological sludge in fluidized bed boiler presents itself as an attractive practice to the pulp and paper industry, contributing to reduced occupancy of the landfill. / O setor de Celulose e Papel está em claro processo de expansão, crescimento este ocasionado pela criação de novas unidades fabris bem como pelo aumento de produção das unidades já existentes. No caso do aumento de produção em unidades já existentes, a falta de espaço físico para dispor os resíduos gerados pelo processo é um dos grandes problemas dessa indústria. Dentre os vários tipos de resíduos gerados, destaca-seo lodo biológico da estação de tratamento de efluentes, o qual é um resíduo derivado dos processos de polpação e branqueamento das fibras celulósicas e dos processos de refino e formação da folha de papel, tendo, originalmente, a prática de compostagem para sua disposição final. Para este tipo de disposição final, incluindo os custos de transporte do lodo até o local adequado, recursos financeiros elevados estão envolvidos. Desse modo, o objetivo deste trabalho é fornecer subsídios técnicos para queima de um resíduo gerado no processo de fabricação de papel e celulose da indústria Fibria-MS, o lodo secundário da estação de tratamento de efluentes, em uma caldeira de leito fluidizado de geração de vapor de alta pressão. No presente trabalho, o teste da queima de uma mistura de biomassa e lodo biológico em uma caldeira de leito fluidizado apresentou as seguintes tendências, quando comparado a um período controle (queima apenas de biomassa): redução do teor seco da amostra; redução do valor do poder calorífico tal qual; manutenção do valor de poder calorífico para a amostra seca; aumento da vazão de ar primário da caldeira; redução da vazão de ar recirculado na caldeira; manutenção da temperatura do leito, porém com maior variabilidade dos dados; aumento das emissões de material particulado e TRS da caldeira, entretanto, apresentando valores aceitáveis, segundo resolução do Conama. Foi possível concluir que a queima de lodo biológico da estação de tratamento em caldeira de leito fluidizado apresenta-se como uma prática atrativa à indústria de Celulose e Papel, contribuindo para a redução de ocupação do aterro sanitário.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A presente tese e voltada à investigação da dinâmica das partículas em um riser de leito fluidizado circulante (CFB). Os leitos fluidizados sao comumente encontrados em aplicações de diversas areas industriais, como na secagem e revestimento de partículas, na polimerizaçao, na combustao e gaseificacao de carvão ou biomassa, no craqueamento catalítico de gasóleo. Dada a importancia da compreensão fenomenologica dos mecanismos que ocorrem nestes equipamentos, este trabalho utiliza de experimentacães física material e numerica para investigar, descrever e prever o escoamento gas-solido ascendente em escala piloto. Para isso, a Unidade Piloto de Riser e Ciclones foi projetada e construída, bem como seu controle e sistema de medicão optica, a Anemometria por Efeito Doppler (PDA). O escoamento tambem foi avaliado por Fluidodinamica Computacional, como um segundo pilar sobre o qual a presente tese esta suportada, atraves da solucao de um modelo matematico euleriano-lagrangeano transiente de partícula pontual, que considera colisães entre partículas e delas com paredes rugosas do riser, implementado no codigo UNSCYFL3D. Os resultados de ambas simulacoes física material e numerica dos estudos de caso propostos, evidenciaram a formaçcaão de estruturas de macro e mesoescala, derivadas de efeitos geometricos e fluido dinâmicos, respectivamente. Ocorre segregacao do escoamento da fase sólida na base do riser e recirculacao no topo, devido a saída em T. A PDA evidenciou: a formacao da estrutura core-annulus desde a alimentacao das partículas nos maiores carregamentos, a tendâencia de segregaçcãao radial e axial de diametros de partículas e a deposiçao nas regioes próximas à parede, onde as partículas tem maior flutuacao de velocidade. As soluçoes numericas indicaram pouca influencia das forcas de Saffman e Magnus, porem grande influencia da rugosidade da parede e do efeito da turboforese. O modelo matematico foi comparado frente as mediçoes físicas, mostrando bom grau de validacao para concentraçao de partículas no centro do riser e para velocidade axial media das partículas. / This thesis is focused on the particle phase dynamics in a circulating fluidized bed riser (CFB). Fluidized beds are commonly encountered in many industrial applications such as drying and coating of particles, polimerizations, combustion and gasification of coal and biomass, gasoil fluid catalytic cracking. Given the importance of the physical understanding about CFBs, in this work experiments and simulations are carried out to explore, describe and predict the upward gas-solid flow in pilot scale. Therefore, the Pilot Unit of Riser and Cyclones was designed and built, as well as its control and optical measuring systems, the last one by using Phase Doppler Anemometry (PDA). Besides that, the flow was solved by Computational Fluid Dynamics, as the second pillar on which this thesis is based, through the solution of an Eulerian-Lagrangian unsteady point-particle model, with inter-particles collisions and impact on rough walls, implemented on the in-house code UNSCYFL3D. The results from both experiments and simulations have shown the macro- and meso-scale structures formation, caused by geometrical and fluid dynamics effects, respectively. Particle phase flow segregation occurs near the particle inlet and also recirculation at the top of the riser, due to the T shape outlet. The PDA results show the core-annulus structure formation from the bottom of the riser in the higher mass loadings, the tendency of radial and axial segregation of particle diameters and the particle deposition near the riser wall, where the discrete phase has higher velocity fluctuations. On the other hand, the simulation results show little influence of Saffman and Magnus forces over the particles flow, however great impact of the roughness wall model and of the turbophoresis effect. About the model validation, good agreement is found mainly to particle concentration at the riser centre and to the particle phase axial velocity. / Tese (Doutorado)

Foram desenvolvidos estudos de modelagem e simulação numérica de escoamentos bifásicos gás-sólido na coluna ascendente de leitos fluidizados circulantes utilizando um modelo Euleriano de duas fases separadas. O sistema de equações diferenciais parciais conservativas governantes foi obtido através de um procedimento tradicional. Ambas as fases foram assumidas como meio contínuo. Aplicou-se o procedimento de médias estatísticas de Euler, enfatizando a obtenção dos modelos hidrodinâmicos A e B desenvolvidos no IIT/ANL. Realizou-se análise comparativa de correlações para transferência de quantidade de movimento na interface. Discutiu-se a formulação de condições de contorno apropriadas. As equações diferenciais parciais médias foram discretizadas em volumes de controle Eulerianos. As equações de continuidade foram resolvidas implicitamente. As equações de quantidade de movimento foram resolvidas através de um procedimento explícito-implícito. Foram desenvolvidas simulações numéricas para uma coluna ascendente típica de leitos fluidizados circulantes. Desenvolveu-se análise paramétrica da influência de vários aspectos físicos e matemáticos sobre o escoamento. Avaliou-se resultados de simulação através de metodologia de identificação e caracterização de estruturas coerentes. Estudou-se o efeito da função de arrasto na interface sobre os processos dinâmicos que caracterizam estas estruturas coerentes. Foram realizados estudos numéricos de turbulência a partir de resultados de simulação direta. Várias conclusões e recomendações para futuros trabalhos foram propostas com base nas análises realizadas. Foram apresentadas algumas considerações gerais relativas a aspectos críticos na modelagem e simulação com modelo das duas fases separadas. / Studies were carried out on modeling and numerical simulation of gas-solid two-phase flows in the riser of circulating fluidized beds using an Eulerian two-fluids model. The system of conservative partial differential governing equations was derived through a traditional procedure. Both phases were assumed as a continuum. The Euler averaging procedure was applied emphasizing the derivation of the so called hydrodynamic models A and B developed at IIT/ANL. A comparative analysis was performed among correlations for momentum transfer at the interface. The formulation of suitable boundary conditions was discussed. The average partial differential conservative equations were discretized on Eulerian control volumes. The continuity equations were solved implicitly. The momentum equations were solved through an explicit-implicit procedure. Numerical simulation was performed for a typical circulating fluidized bed riser. A parametric analysis was carried out regarding the influence on the flow of various physical and mathematical aspects. Results of simulation were evaluated through a methodology of identification and characterization of coherent structures. The effect of the interface drag function on dynamic features of those coherent structures was addressed. Numerical studies on turbulence were performed from results of direct simulation. Several conclusions and recommendations for future work were put forward on the basis of the performed analyses. Some general considerations were presented regarding critical features of modeling and simulation through Eulerian two-fluids models.