https://hdl.handle.net/1884/72038 2026-04-05T11:03:59Z https://hdl.handle.net/1884/101323 Avaliação do potencial de queima do lodo flotado peletizado em caldeira a biomassa Resumo: A expansão do agronegócio no Brasil e a crescente demanda pela destinação correta de resíduos da indústria de carnes culminam na necessidade de explorar novas estratégias de tratamento. O lodo centrifugado é um subproduto do tratamento de efluentes cujo potencial energético pode ser aproveitado na combustão em caldeiras a biomassa. A peletização deste lodo resulta em um material com menor umidade e melhor maneabilidade, otimizando seu uso em queimadores. Desta forma, o presente estudo avaliou o potencial de queima de pellets de lodo com lodo centrifugado e cavaco de eucalipto em uma caldeira flamotubular mista, analisando parâmetros operacionais, emissões de gases e eficiência energética. A metodologia baseou-se no método indireto de cálculo de eficiência (ASME PTC 4), utilizando o software EES. Os testes de queima em campo consideraram o limite de 20% de resíduos na mistura (SEMA nº 42/2008), avaliando três condições: o cenário atual (15% de lodo centrifugado) e dois cenários de incremento com pellets de lodo (adição de 3% e 6% em massa). Os resultados demonstraram que a adição destes pellets propicia maior eficiência energética devido ao baixo teor de umidade. As emissões de CO, NOx e SOx mantiveram-se abaixo dos limites da Resolução SEMA 16/14, embora tenha sido observado um aumento na concentração de SOx proporcional ao incremento de pellets, associado ao enxofre contido no lodo. A inserção de quantidades superiores ao cenário com 3% de pellets ultrapassa os limites de teor energético de resíduos permitidos pela legislação ambiental vigente, tornando necessária aprovação legal para incinerar o volume total de resíduos na mistura. Contudo, a queima do volume excedente de lodo na forma de pellets é uma alternativa interessante, pois culmina em um material com maior densidade energética, reduzindo a quantidade de lodo enviado para compostagem e o consumo de cavaco; Abstract: The expansion of agribusiness in Brazil and the growing demand for the proper disposal of meat industry waste highlight the need to explore new treatment strategies.Centrifuged sludge is a byproduct of effluent treatment whose energy potential can be harnessed through combustion in biomass boilers. Pelletizing this sludge results in a material with lower moisture content and improved handling, optimizing its use in burners. Thus, this study evaluated the combustion potential of pelletized sludge in a mixed fire-tube boiler, analyzing operational parameters, gas emissions, and energy efficiency. The methodology was based on the indirect efficiency calculation method (ASME PTC 4), using EES software. Field combustion tests considered the 20% waste mixture limit (SEMA No. 42/2008), evaluating three conditions: the current scenario (15% centrifuged sludge) and two scenarios with pellet increments (addition of 3% and 6% by mass). Results showed that adding pellets yields higher energy efficiency due to low moisture content. CO, NOx, and SOx emissions remained below SEMA Resolution 16/14 limits, although an increase in SOx concentration proportional to the pellet increase was observed, associated with the sulfur content in the sludge. Adding amounts exceeding the 3% pellet scenario surpasses the limits for waste energy content permitted by current environmental legislation, requiring legal approval to incinerate the total waste volume in the mixture. However, the combustion of the excess sludge volume in the form of pellets is an interesting alternative, as it culminates in a material with higher energy density, reducing the amount of sludge sent for composting and the consumption of wood chips Orientador: Eduardo Lucas Konrad Burin; Trabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Curso de Graduação em Engenharia de Energia; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101326 Estudo sobre a influência de diferentes ligantes no desempenho de catalisadores para a reforma a seco do biogás Resumo: A reforma a seco (RS) do biogás (constituído majoritariamente de CH? e CO?) é uma rota promissora para a produção de gás de síntese (mistura de H? e CO), contribuindo para a redução de gases de efeito estufa e para a produção de um combustível de alto valor agregado. Para aplicação industrial, os catalisadores utilizados na RS devem apresentar elevada atividade, estabilidade térmica e resistência mecânica, a fim de suportar condições operacionais severas sem sofrer fragmentação ou perda de desempenho. Nesse contexto, estudou-se o desempenho do catalisador Ni/MCM-41, variando-se a adição e a concentração de diferentes ligantes (bentonita, caulim e nanosílica 100%) em teores de 10%, 12,5% e 15% (m/m), visando aumentar a resistência mecânica sem comprometer as propriedades catalíticas, realizando testes de compressão dos materiais e análises de Fisissorção de N2, oxidação a temperatura programada (TPO), difratometria de raio-x (DRX). Com isso, os testes de compressão confirmaram a importância e a eficácia da adição de ligantes, elevando significativamente a resistência mecânica do material, de 104,9 N no catalisador sem ligante para até 17.080 N no CatB15% (bentonita). As análises de fisissorção de N2 classificaram todos os materiais como mesoporosos, com isotermas Tipo IV e histereses do tipo H2, mas indicaram que a adição dos ligantes causou uma redução da área superficial e do volume de poros, sendo essa redução mais acentuada nas amostras com nanosílica. Apesar dessa redução na área superficial dos materiais, todos os catalisadores se mostraram altamente ativos e estáveis durante as 8 horas de reação de RS, apresentando conversões de CH? e CO? acima de 90% e uma razão molar H?/CO próxima de 1,0. Dentre os materiais testados, o catalisador CatC10% apresentou o melhor desempenho reacional, com as maiores conversões de CH? (95,76%) e de CO? (97,93%). Após os testes reacionais, as análises de TPO apontaram depósitos de carbono sólido nos catalisadores, sendo o CatC15% o que apresentou a maior quantidade. Assim, o estudo demonstrou a viabilidade do uso do caulim, um material de baixo custo, para o desenvolvimento de catalisadores com alta estabilidade e desempenho na reforma a seco do biogás; Abstract: Dry reforming (DR) of biogas (composed mainly of CH? and CO?) is a promising route to produce synthesis gas (a mixture of H? and CO), contributing to the reduction of greenhouse gases and the production of a high value-added fuel. For industrial applications, the catalysts used in DR must exhibit high activity, thermal stability, and mechanical strength to withstand severe operating conditions without fragmentation or loss of performance. In this context, the performance of the Ni/MCM-41 catalyst was studied by varying the addition and concentration of different binders (bentonite, kaolin, and 100% nanosilica) at levels of 10%, 12.5%, and 15% (w/w), aiming to increase mechanical strength without compromising catalytic properties. Compression tests of the materials and analyses of N? physisorption, temperature-programmed oxidation (TPO), and X-ray diffractometry (XRD) were performed. Thus, compression tests confirmed the importance and effectiveness of adding binders, significantly increasing the material's mechanical strength from 104.9 N in the unbound catalyst to up to 17,080 N in CatB15% (bentonite). Nitrogen physisorption analyses classified all materials as mesoporous, with Type IV isotherms and H2-type hysteresis, but indicated that the addition of binders reduced surface area and pore volume, with the reduction more pronounced in samples containing nanosilica. Despite this reduction in the surface area of the materials, all catalysts proved to be highly active and stable during the 8-hour RS reaction, exhibiting CH? and CO? conversions above 90% and an H?/CO molar ratio close to 1.0. Among the materials tested, the CatC10% catalyst showed the best reaction performance, with the highest conversions of CH? (95.76%) and CO? (97.93%). After the reaction tests, TPO analyses indicated solid carbon deposits in the catalysts, with CatC15% showing the highest quantity. Thus, the study demonstrated the viability of using kaolin, a low-cost material, to develop catalysts with high stability and performance for the dry reforming of biogas Orientador: Helton José Alves; Coorientador: Guilherme Emanuel de Queiros Souza; Trabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Curso de Graduação em Engenharia de Energia; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101324 Avaliação do efeito do percentual de níquel nas características físico-químicas de catalisadores suportados em sílica para reforma a seco do biogás Resumo: A demanda por fontes de energia sustentável e a busca pela descarbonização atmosférica impulsionam a pesquisa por rotas eficientes para o aproveitamento do biogás. Uma das tecnologias que podem ser utilizadas para a conversão do biogás em gás de síntese (H2 + CO) é a Reforma a Seco. Para que o processo seja economicamente viável, são necessários catalisadores de baixo custo e alta estabilidade, como os à base de níquel (Ni). Nesse contexto, este trabalho buscou otimizar essa rota por meio do estudo e da avaliação de catalisadores com diferentes percentuais de níquel (5, 10, 15, 20, 25%) quanto às características físico-químicas e ao desempenho catalítico. Os catalisadores foram sintetizados a partir de sílica mesoporosa 40% como suporte, por impregnação do metal em rota úmida. O centro da pesquisa foi a caracterização estrutural, textural e superficial por difratometria de raios X, fisissorção de nitrogênio (BET), redução à temperatura programada de hidrogênio (TPR-H2) e dessorção à temperatura programada de amônia (TPD-NH3). Os resultados indicam que o percentual de Ni influencia diretamente a dispersão metálica e a acidez superficial. O catalisador com 10% de níquel (m/m) destacou-se pela maior área superficial e pelo maior volume de poros. Enquanto nos ensaios catalíticos a 800 °C por 12 h, os materiais com teores de 10, 15, 20 e 25 % de Ni apresentaram os melhores resultados, com conversões de CH4 e CO2 próximas de 90-98 % e uma razão H2/CO próxima do valor teórico de 1. A boa estabilidade foi confirmada pelas análises de oxidação a temperatura programada (TPO) e termogravimétrica (TGA), que mostraram que os catalisadores com 10 e 20 % de Ni apresentaram a menor taxa de deposição de coque, porém, com pouca diferença, não justificando o uso de 20 % de níquel no material, fixando, assim, o de 10 % como mais promissor. Dessa forma, validou-se um catalisador de baixo teor metálico e de suporte acessível como alternativa promissora e eficiente para a aplicação em reações de reforma a seco do biogás; Abstract: The demand for sustainable energy sources and the pursuit of atmospheric decarbonization are driving research into efficient routes for biogas utilization. One technology that can convert biogas into syngas (H? + CO) is Dry Reforming. For this process to be economically viable, low-cost and highly stable catalysts are required, such as those based on nickel (Ni). In this context, the present work aimed to optimize this route by studying and evaluating catalysts with different nickel loadings (5, 10, 15, 20, 25%) in terms of their physicochemical properties and catalytic performance. For catalyst preparation, 40% mesoporous silica was used as the support, with wet impregnation. The core of the research involved structural, textural, and surface characterizations using X-ray Diffraction (XRD), Nitrogen Physisorption (BET), Temperature-Programmed Reduction with Hydrogen (H?-TPR), and Temperature-Programmed Desorption of Ammonia (NH?-TPD). The results indicate that the Ni content directly influences metal dispersion and surface acidity. The catalyst with 10% nickel (w/w) exhibited the highest surface area and pore volume. Additionally, in catalytic tests at 800 °C for 12 hours, the materials containing 10, 15, 20, and 25% Ni showed the best performance, with CH? and CO? conversions of 90-98% and H?/CO ratios near the theoretical value of 1. Consequently, good stability was confirmed by Temperature-Programmed Oxidation (TPO) and thermogravimetric (TGA) analyses, which showed that the 10% and 20% Ni catalysts exhibited the lowest coke-deposition rates. However, the small difference between them does not justify using 20% Ni, establishing the 10% catalyst as the most promising. Thus, a catalyst with low metal loading and an accessible support was validated as a promising, efficient alternative for dry reforming of biogas Orientador: Helton José Alves; Coorientador: Carlos de Jesus de Oliveira; Trabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Curso de Graduação em Engenharia de Energia; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98377 Avaliação da produtividade de hidrogênio eletrolítico renovável do processo de eletrocoagulação no tratamento de efluentes Resumo : Com o marco legal do hidrogênio de baixa emissão de carbono sendo realizado no dia 2 de agosto de 2024, pela lei nº 14948, fomentou-se pesquisas ligadas a hidrogênio. Ademais, o presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de produção de hidrogênio em um reator de eletrocoagulação. Em geral, reatores de eletrocoagulação apresentam um design aberto, com eletrodos mergulhados no efluente em arranjo "colmeia". O aproveitamento dos gases gerados no processo, dentre eles, o hidrogênio, pode representar um avanço tecnológico, tendo em vista as diversas aplicações que podem ser dadas a estes coprodutos. Desta forma, foi desenvolvida uma metodologia onde um filtro de ponto de entrada de água foi adaptado de forma a encapsular 8 eletrodos de aço em paralelo em arranjo monopolar, constituindo um reator vedado, onde foram realizados ensaios sobre 0,45L de efluente sintético. O efluente foi sintetizado pela diluição de corante têxtil Reactive Blue 140 em água destilada, em concentração de ~4 mg/L, com adição de KOH como eletrólito de suporte, em concentração de ~0,3 g/L, resultando em um pH inicial de 11,54±0,05 e uma condutividade inicial de 1150±55 ?S/cm. Foram realizados ensaios em triplicata utilizando 3 níveis de corrente elétrica (1, 2,5 e 5A), sendo realizadas amostragens antes e após cada corrida tanto da fase líquida quando da fase gasosa, para fins de análises de pH, condutividade, turbidez, cor e vazão de gases, além o uso da cromatografia gasosa para avaliação dos gases gerados. Além disso, foram obtidos dados de tensão e potência durante cada ensaio pela própria fonte de alimentação, para fins de avaliação do consumo energético. Da fase líquida, o processo apresentou tendência a neutralizar o pH do efluente, bem como a remover íons do eletrólito. A remoção de cor ficou entre 88,7 e 98,6%, com melhores resultados para corrente de 2,5 A (97,8±0,8%). A turbidez apresentou leve elevação devido ao aparecimento de coágulos inerentes ao processo. Com relação a produção de H2, foi estimada uma vazão incremental de ~0,263mL/min a cada A/m2, por meio de regressão linear com R2 de 0,99926. Este parâmetro pode ser utilizado tanto para o desenvolvimento de sistemas de controle automáticos tanto como comparativo de rendimento com outros reatores. Como destaque final, foi estimado o consumo específico do reator entre 13,5 e 38,7 kWh/m3 de H2, apresentando um resultado promissor quando comparado ao consumo específico entre 4 e 5 kWh/m3 alcançado por eletrolisadores comerciais com alta tecnologia embarcada e dedicados exclusivamente à produção de H2 e, considerando ainda, que o reator de eletrocoagulação realiza o tratamento de efluentes de forma concomitante. Esta é uma tecnologia promissora aplicada como uma etapa de tratamento físico-químico em efluentes líquidos de diferentes setores industriais; Abstract : With the legal framework for low-carbon hydrogen being established on August 2, 2024, by Law No. 14948, research related to hydrogen has been fostered. Furthermore, the present work aimed to evaluate the hydrogen production potential in an electrocoagulation reactor.Generally, electrocoagulation reactors feature an open design, with electrodes immersed in the effluent in a "honeycomb" arrangement. The utilization of gases generated in the process, among them hydrogen, may represent a technological advancement, considering the diverse applications that can be given to these co-products.Thus, a methodology was developed where a water inlet point filter was adapted to encapsulate 8 parallel steel electrodes in a monopolar arrangement, constituting a sealed reactor. Tests were performed on 0.45 L of synthetic effluent. The effluent was synthesized by diluting the textile dye Reactive Blue 140 in distilled water at a concentration of ~4 mg/L, with the addition of KOH as a supporting electrolyte at a concentration of ~0.3 g/L, resulting in an initial pH of 11.54±0.05 and an initial conductivity of 1150±55 ?S/cm.Triplicate tests were conducted using 3 levels of electric current (1, 2.5, and 5 A). Sampling was performed before and after each run for both the liquid and gas phases for analysis of pH, conductivity, turbidity, color, and gas flow rate, in addition to the use of gas chromatography (GC) for evaluation of the generated gases. Furthermore, voltage and power data were obtained during each test by the power supply itself for energy consumption assessment.For the liquid phase, the process showed a tendency to neutralize the effluent's pH, as well as to remove ions from the electrolyte. Color removal ranged from 88.7% to 98.6%, with the best results for a current of 2.5 A (97.8±0.8%). Turbidity showed a slight increase due to the appearance of coagulants inherent to the process.Regarding H? production, an incremental flow rate of ~0.263 mL/min per A/m² was estimated through linear regression with an R² of 0.99926. This parameter can be used both for developing automatic control systems and as a performance benchmark against other reactors.As a final highlight, the specific energy consumption of the reactor was estimated between 13.5 and 38.7 kWh/m³ of H?. This presents a promising result when compared to the specific consumption of 4 to 5 kWh/m³ achieved by commercial electrolyzers with advanced embedded technology, dedicated exclusively to H? production. This is especially significant considering that the electrocoagulation reactor simultaneously treats effluent. This is a promising technology applied as a physicochemical treatment step for liquid effluents from different industrial sectors Orientador: Maurício Romani; Coorientador: Jessica Larissa Alves Santos; Monografia (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Curso de Graduação em Engenharia de Energia; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z