https://hdl.handle.net/1884/39803 Sat, 25 Apr 2026 16:41:57 GMT 2026-04-25T16:41:57Z https://hdl.handle.net/1884/95384 Uso de técnicas para tomada de decisão na seleção de combustíveis alternativos em caldeiras a biomassa Resumo: O vapor de processo é utilizado como forma de energia térmica para a agroindústria. Gerado através de caldeiras convencionalmente abastecidas com cavaco de eucalipto, se torna um dos insumos mais críticos para esse segmento industrial. Estudos apontam que em um cenário futuro, considerando aumento das produções de grãos e proteína animal na região oeste do Paraná, ocorrerá déficit de madeira para fins energéticos. Para a geração de vapor de processo, fontes alternativas de energia são requeridas para superar a crise energética prevista, onde biocombustíveis podem ser a solução para esse desafio. Porém, a dificuldade de tomada de decisão de qual combustível alternativo utilizar em complementação ao cavaco de eucalipto, resulta de um processo com múltiplos critérios técnicos e mercadológicos. A escolha empírica de um combustível alternativo, por vezes intuitiva, pode levar a cheque a continuidade dos processos industriais, podendo também interferir em padrões de emissões atmosféricas, na confiabilidade operacional e vida útil das caldeiras industriais. Nesse sentido, o presente trabalho visa à utilização de métodos de apoio à tomada de decisão multicritério aliados à caracterização de diferentes biocombustíveis alternativos ao cavaco de eucalipto, obtidos através da literatura. Foram definidos os critérios: poder calorífico superior, teor de cinzas, temperatura de condensação de H2SO4, índice de tendência à formação de incrustação, índice de tendência à formação de escória, teor de cloro, teor de umidade e preço do combustível. Foram selecionadas as biomassas alternativas: sorgo biomassa, resíduo de farelo de soja, bagaço de cana-de-açúcar, casca de soja, bambu e lodo flotado do tratamento primário de efluente de frigoríficos de aves, utilizando como padrão de referência a caracterização do cavaco de eucalipto. Foram empregadas três ferramentas multicritérios na avaliação: AHP, TOPSIS e MOORA, sendo os dois últimos utilizados para ranqueamento das alternativas. Foi utilizado o software Matlab para programação dos métodos. Além disso, foi realizado um questionário com especialistas e técnicos de processo para comparar o ranqueamento dos métodos computacionais e a decisão realizada por um indivíduo. Foram obtidos resultados iguais para a primeira e a última posição do ranqueamento, ficando em primeiro colocado o cavaco de eucalipto, resultado esperado por se tratar do combustível convencional utilizado nas caldeiras industriais, e em última posição o resíduo de farelo de soja, por se tratar de um material nobre e devendo ser utilizado para fins energéticos somente em caso de destinação final. Os métodos de decisão multicritério tiveram desempenhos similares entre si, sendo recomendados pela facilidade na avaliação de uma matriz de decisão e pela precisão na escolha, não sendo atribuído fatores sociais e culturais na definição de uma nova alternativa energética para as agroindústrias; Abstract: Process steam is used as a source of heat for the agroindustry. It is generated through boilers conventionally fueled with eucalyptus wood chips, making it one of the most critical inputs for this industrial segment. Studies indicate that in the future, considering the increase in grain and animal protein production in the western region of Paraná, there will be a wood deficit for energy purposes. For process steam generation, alternative energy sources are required to overcome the predicted energy crisis, where biofuels could be the solution to this challenge. However, the difficulty in deciding which alternative fuel to use in addition to eucalyptus wood chips arises from a process with multiple technical and market criteria. The empirical choice of an alternative fuel, often intuitive, may compromise the continuity of the industrial process, and may also interfere with atmospheric emission standards, operational reliability, and the lifespan of industrial boilers. In this context, the present study aims to apply multicriteria decision-making methods in conjunction with the characterization of different biofuels alternative to eucalyptus wood chips, obtained from the literature. The following criteria were defined: higher heating value, ash content, sulfuric acid condensation temperature, tendency to form deposits, tendency to form slag, chlorine content, moisture content, and fuel price. The alternative biomass sources selected were: sorghum biomass, soybean meal residue, sugarcane bagasse, soybean husk, bamboo, and floated sludge from primary treatment of poultry slaughterhouse effluent, using eucalyptus wood chips characterization as the reference standard. Three multicriteria decision-making tools were employed in the evaluation: AHP, TOPSIS, and MOORA, with the latter two used for ranking the alternatives. Matlab software was used to program the methods. Additionally, a survey was conducted with experts and process technicians to compare the rankings of the computational methods with decisions made by an individual. Similar results were obtained for the first and last positions in the ranking, with eucalyptus wood chips in first place, which was expected since it is the conventional fuel used in industrial boilers, and soybean meal residue in last place, as it is a high-value material that should only be used for energy purposes in cases of final disposal. The multicriteria decision-making methods performed similarly to each other, and were recommended for their ease of evaluating a decision matrix and the accuracy of the choice, with no social or cultural factors being considered in the definition of a new energy alternative for the agroindustries Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas Konrad Burin; Banca: Eduardo Lucas Konrad Burin (Presidente da Banca), Adriana Ferla de Oliveira, Willian Zalewski; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa : Curitiba, 13/12/2024; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/95384 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98520 Proposta de microemulsão combustível contendo diesel B10 S500, óleo de soja e cossolvente à base de álcoois Resumo: O uso de emulsões combustíveis ganhou progressiva atenção na última década, ao se buscar a substituição de derivados fósseis por produtos ambientalmente mais adequados, utilizando rotas tecnológicas mais simples, de forma a facilitar a produção. Neste trabalho, testou-se a adição de biocomponentes oxigenados, óleo vegetal de soja, etanol e 1-octanol, ao diesel B S500 (diesel contendo biodiesel). A limitação inerente à alta viscosidade resultante da mistura direta dos óleos vegetais, sem a etapa de transesterificação, foi contornada com o uso dos cossolventes etanol/1 octanol. As propriedades surfactantes desses cossolventes permitiram a obtenção de formulações combustíveis homogêneas e estáveis por até 90 dias, mesmo em amostras com alto teor de água. Foram preparadas seis formulações, sendo que a amostra D80O10C10 (80% diesel, 10% óleo de soja e 10% cossolvente) apresentou apenas 3% de redução no poder calorífico em relação ao diesel puro (de 10.676,0 kcal/kg para 10.371,0 kcal/kg). A viscosidade cinemática das amostras variou de 3,02 a 4,83 mm²/s, permanecendo dentro do limite especificado pela ANP (2,0 a 5,0 mm²/s). O teor de enxofre foi significativamente reduzido com a adição dos cossolventes, atingindo até 118 mg/kg na amostra D60O25C15 — valor bem abaixo do limite máximo permitido (500 mg/kg). Apesar do aumento no teor de água em algumas formulações, todas permaneceram visualmente estáveis, sem separação de fases. Os testes em motor estacionário revelaram rendimento energético semelhante ao do diesel comercial, com destaque para a redução nas emissões de hidrocarbonetos (HC) e monóxido de carbono (CO) em algumas amostras. Assim, as emulsões combustíveis formuladas demonstram ser uma alternativa técnica e ambientalmente viável, especialmente vantajosa para regiões afastadas dos centros de refino e transesterificação; Abstract: The use of fuel emulsions has gained increasing attention over the past decade as efforts intensify to replace fossil-derived fuels with more environmentally friendly alternatives, using simpler technological processes to ease production. In this study, oxygenated biocomponents, soybean oil, ethanol, and 1-octanol, were added to B S500 diesel (diesel blended with biodiesel). The inherent limitation of high viscosity resulting from the direct mixing of vegetable oils, without a transesterification step, was addressed through the use of ethanol/1-octanol as cosolvents. The surfactant properties of these cosolvents enabled the formation of homogeneous and stable fuel blends for up to 90 days, even in samples with high water content. Six formulations were prepared, and the D80O10C10 sample (80% diesel, 10% soybean oil, and 10% cosolvent) showed only a 3% reduction in calorific value compared to pure diesel (from 10,676.0 kcal/kg to 10,371.0 kcal/kg). The kinematic viscosity of the samples ranged from 3.02 to 4.83 mm²/s, remaining within the limits established by the ANP (2.0 to 5.0 mm²/s). Sulfur content was significantly reduced with the addition of cosolvents, reaching as low as 118 mg/kg in the D60O25C15 sample—well below the maximum allowed limit of 500 mg/kg. Despite an increase in water content in some formulations, all samples remained visually stable, with no phase separation. Engine bench tests showed energy performance comparable to commercial diesel, with notable reductions in hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions in some cases. Therefore, the formulated fuel emulsions prove to be a technically and environmentally viable alternative, particularly transesterification centers Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Sequinel; Banca: Rodrigo Sequinel (Presidente da Banca), Samuel Nelson Melegari de Souza e Luis Fernando Souza Gomes; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa : Palotina, 28/04/2025; Inclui referências; Área de concentração: Bioenergia Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98520 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98608 Avaliação de black pellets de capim elefante BRS Capiaçu e lodo flotado proveniente de agroindústria Resumo: O uso de biomassas para fins energéticos se tornou uma importante fonte estratégica de energia renovável, considerada como uma fonte alternativa e promissora ao uso de combustíveis fósseis. A biomassa vegetal como o capim elefante BRS Capiaçu vem se destacando neste cenário, em função da alta produtividade de biomassa rica em fibras e lignina. Resíduos industriais, como o lodo de efluente, podem ser combinados a essa biomassa para produção de pellets, usados como biocombustível sólido nos processos industriais. O processo de peletização e tecnologias de aperfeiçoamento energético, como a torrefação, para criação de black pellets, aumentam a densidade e o potencial energético desses pellets. Deste modo, o objetivo do presente trabalho foi avaliar as características físico-química e energética de pellets de capim elefante BRS Capiaçu com lodo flotado de efluente agroindustrial. Foram produzidos e analisados pellets com as seguintes composições: 100% Capim BRS Capiaçu (TC),100% lodo flotado (TL), 100% lodo flotado orgânico (TLO), 80% C e 20%LF (TCL20), 80% C e 20% TLO (TCLO20), 60% C e 40% TL (TCL40), 40% C e 60% TL (TCL60) e 20% C e 80% TL (TCL80). Os pellets que apresentaram melhores característica foram submetidos ao processo de torrefação. Os pellets passaram por caracterização de análise imediata, densidade aparente, densidade a granel e energética, teor de finos, durabilidade mecânica, poder calorífico superior (PCS) e inferior (PCI). Observou-se que os pellets de TC, apresentaram elevado teor de carbono fixo (19,35%), e cinzas relativamente baixa (6,47%), o que resultou em PCS elevado de 18,33 MJ.kg-1. Os pellets de lodo flotado, apresentaram elevado PCS 24,27 MJ.kg-1, e ao incorporar lodo ao capim o PCS dos pellets elevaram-se proporcionalmente, visto em TCL20 18,23 MJ.kg-1 e TCL80 22,32 MJ.kg-1. Os pellets de TLO, apresentaram a melhor durabilidade mecânica 98,05%, e teor de finos de 0,17%, em TCLO20 e TCL80 as condições de compactação da biomassa não favoreceu a agregação de partículas nestes pellets, uma vez que, o teor de finos foi de 1,55% para TCLO20 e 6,67% para TCL80. A torrefação proporcionou um aumento de teor de carbono fixo nos pellets, reduzindo o teor de voláteis, o que consequentemente aumentou o PCS, entretanto produziu pellets com elevado teor de cinzas, principalmente na temperatura de 300°C. De modo geral, os pellets apresentaram características promissoras para sua utilização como biocombustíveis sólidos; Abstract: The use of biomass for energy purposes has become an important strategic source of renewable energy, regarded as an alternative and promising option to fossil fuels. Plant biomass such as BRS Capiaçu elephant grass has stood out in this context due to its high yield and richness in fibers and lignin. Industrial residues, such as effluent sludge, can be combined with this biomass to produce pellets used as solid biofuels in industrial processes. The pelletization process and energy enhancement technologies, such as torrefaction for the production of black pellets, increase the density and energy potential of these pellets. The aim of this study was therefore to assess the physico-chemical and energy characteristics of BRS Capiaçu elephant grass pellets with agro-industrial effluent sludge. Pellets with the following compositions will be produced and analyzed: 100% BRS Capiaçu grass (TC), 100% flocculated sludge (TL), 100% organic flocculated sludge (TLO), 80% C and 20% LF (TCL20), 80% C and 20% TLO (TCLO20), 60% C and 40% TL (TCL40), 40% C and 60% TL (TCL60) and 20% C and 80% TL (TCL80). The pellets with the best characteristics were submitted to the roasting process. The pellets were characterized by immediate analysis, apparent density, bulk and energy density, fines content, mechanical durability, higher calorific value (HHV) and lower calorific value (LHV). It was observed that the TC pellets had a high fixed carbon content (19.35%) and relatively low ash (6.47%), which resulted in a high PCS of 18.33 MJ.kg-1. The floated sludge pellets had a high PCS of 24.27 MJ.kg-1, and when sludge was incorporated into the grass, the PCS of the pellets rose proportionally, as seen in TCL20 18.23 MJ.kg-1 and TCL80 22.32 MJ.kg-1. The TLO pellets had the best mechanical durability at 98.05% and a fines content of 0.17%. In TCLO20 and TCL80, the biomass compaction conditions did not favor particle aggregation in these pellets, since the fines content was 1.55% for TCLO20 and 6.67% for TCL80. Roasting increased the fixed carbon content of the pellets, reducing the volatile content, which consequently increased the HHV, while producing pellets with a high ash content, especially at 300°C. Overall, the pellets showed promising characteristics for use as solid biofuels Orientadora: Profª. Dra. Adriana Ferla de Oliveira; Coorientadora: Profª. Dra Dilcemara Cristina Zenatti; Banca: Adriana Ferla de Oliveira (Presidente da Banca), Rodrigo Sequinel e Inovete Rossi Bautitz; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa : Palotina, 30/04/2025; Inclui referências; Área de concentração: Bioenergia Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98608 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/99485 Valorização energética do lodo flotado de frigoríficos : estudo de rotas tecnológicas e análise preliminar de viabilidade econômica Resumo: O presente trabalho investiga alternativas tecnológicas para a geração de energia a partir do lodo flotado, um subproduto do tratamento de efluentes da indústria de abate e processamento de carnes. O estudo é motivado pela crescente demanda energética do setor industrial brasileiro que em 2024 representou 31,8 % do consumo total de energia do país, e pela necessidade de soluções sustentáveis para a gestão de resíduos. Nesse cenário, o lodo flotado proveniente de sistemas de tratamento de efluentes apresenta-se como uma alternativa, permitindo sua conversão em fonte energética por meio de processos de combustão ou geração de biogás. Diante desse cenário, o presente estudo realiza simulações termodinâmicas para avaliar a demanda atual de cavaco utilizada na geração de vapor saturado em uma agroindústria e realiza comparações técnicas e de viabilidade econômica com três cenários alternativos: queima de biogás obtido por digestão anaeróbia do lodo em caldeira; utilização do biogás em motor de combustão interna para cogeração de eletricidade e vapor saturado e água quente; e co-combustão de lodo flotado centrifugado com cavaco de eucalipto em caldeira. Essas análises foram conduzidas com base em dados da literatura e do processo de uma agroindústria de abate de aves e peixes localizada no oeste do Paraná. Os resultados indicam que a queima de biogás em caldeira, apresentado no Cenário 1, embora reduza o consumo de cavaco em 20,7 %, revelou se economicamente inviável devido ao alto investimento necessário e a perda da receita proveniente da comercialização de óleo, resultado de processo de centrifugação do lodo flotado, resultando em uma taxa interna de retorno TIR em 25,70 % ao ano, ficando abaixo da taxa mínima de atratividade adotada (TMA) de 13,25 %. Cenário 2, o qual utiliza biogás em motor de combustão interna, apresentou desempenho financeiro expressivamente melhor, com VPL positivo de cerca de R$ 14,7 milhões, TIR de 18,54 %, sendo um valor superior à taxa de desconto e payback descontado de apenas 8,66 anos. Já o Cenário 3, apresentou que a co-combustão de 20 % de lodo flotado e 80% de cavaco, em massa, é a alternativa mais vantajosa, em relação ao cenário atual, apresentando o maior valor presente líquido (VPL) e um payback praticamente imediato. Diante disso, concluiu-se que a valorização energética do lodo flotado não só contribui para a redução dos custos operacionais e para a melhoria da viabilidade econômica do processo industrial, mas também promove benefícios ambientais ao reduzir a quantidade de resíduos destinados ao tratamento convencional. Este trabalho apresenta soluções inovadoras e viáveis para a otimização do processo industrial, com potencial de aplicação em outras plantas industriais que enfrentam desafios semelhantes, e destaca a importância da continuidade das pesquisas para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis, alinhadas às demandas ambientais e econômicas da sociedade; Abstract: This work investigates technological alternatives for energy generation from floated sludge, a byproduct of wastewater treatment in the meat processing industry. The study is motivated by the growing energy demand of the Brazilian industrial sector, which represented 31.8 % of the country's total energy consumption in 2024, and by the need for sustainable waste management solutions. In this context, floated sludge from wastewater treatment systems presents itself as an alternative, allowing its conversion into an energy source through combustion processes or biogas generation. Given this scenario, the present study conducts thermodynamic simulations to evaluate the current demand for wood chips used in the generation of saturated steam an agro-industrial plant and performs technical and economic feasibility comparisons with three alternative scenarios: burning biogas obtained by anaerobic digestion of the sludge in a boiler; using biogas in an internal combustion engine for cogeneration of electricity and saturated steam and hot water; and co-combustion of centrifuged floated sludge with eucalyptus wood chips in a boiler. These analyses were conducted based on data from the literature and the agro-industrial process of a poultry and fish slaughtering unit located in western Paraná. The results indicate that the combustion of biogas in a boiler, presented in Scenario 1, although reducing wood chip consumption by 20.7%, proved to be economically unfeasible due to the high investment required and the loss of revenue from the sale of oil obtained from the centrifugation process of the floated sludge, resulting in an internal rate of return (IRR) of -25.70% per year, below the minimum attractiveness rate (MAR) of 13.25 %. Scenario 2, which uses biogas in an internal combustion engine, showed significantly better financial performance, with a positive net present value (NPV) of approximately R$ 14.7 million, an IRR of 18.54 %, being a value higher than the discount rate, and a discounted payback of only 8.66 years. Scenario 3 showed that the co-combustion of 20% floated sludge and 80% wood chips, by mass, is the most advantageous alternative compared to the current scenario, presenting the highest net present value (NPV) and an almost immediate payback. Therefore, it was concluded that the energy valorization of floated sludge not only contributes to the reduction of operational costs and the improvement of the economic feasibility of the industrial process but also promotes environmental benefits by reducing the amount of waste destined for conventional treatment. This work presents innovative and viable solutions for the optimization of the industrial process, with potential application in other industrial plants facing similar challenges and highlights the importance of continuing research for the development of more efficient and sustainable technologies, aligned with the environmental and economic demands of society Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas Konrad Burin; Banca: Eduardo Lucas Konrad Burin (Presidente da Banca), Joel Gustavo Teleken e Katia Cristina Fagnani; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa : Palotina, 08/10/2025; Inclui referências; Área de concentração: Bioenergia Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/99485 2025-01-01T00:00:00Z