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Avaliação energética e otimização da produção de briquetes a partir do resíduo da madeira da poda e da cama de ave

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Marreiro, Hívila Maria Pontes
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Energias Renováveis
Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
HHV
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26174
Resumo: Biomass in its natural form has precarious characteristics such as low density, high moisture content and low energy density. However, through physical, thermochemical or biochemical conversion routes, it is possible to use it as an energy source. The present work made use of the physical conversion of densification of two residual biomasses, being them the wood of the urban pruning of the species Neem (Azadirachta indica) and the poultry litter. The process used was briquetting, which consists of the uniformization and agglomeration of biomass particles, transforming them into a solid fuel, whose characteristics must follow a quality standard determined by international standards. The main characteristics of briquettes are high density and compressive strength, low moisture content (MC), Higher Heating Value (HHV) and energy density. Such characteristics allow biofuel to be easily transported, handled and stored, in addition to ensuring more efficient and uniform combustion. Therefore, briquettes were produced following the experimental research methodology. First, a systematic literature review (RSL) was carried out to verify existing publications in the area. Through this review it was identified that 95% of the publications use granulometry as a process variable, 73% use compression pressure, 68% the initial moisture content and 59% use the compaction time. These results helped in the decision of the control and response variables to be evaluated in conducting the experiments according to the response surface methodology (RSM). The output variables were empirically modeled and statistically validated by ANOVA, R²adj, normality of residuals, influential observations and Lack-of-Fit. The control variables selected were the biomass compression load, compaction time, proportion of poultry litter and pruning wood to compose the briquettes and granulometry. The output variables were briquette density, moisture content MC and HHV. After obtaining the validated mathematical models, a multi-objective optimization was performed to simultaneously maximize the density and HHV and minimize the TU. For this, the Normalized Global Criterion Method (MCGN) was applied, using the Generalized Reduced Gradient (GRG). Experimentally, HHV of 24.18MJ/kg, density of 1252.02kg/m³ and MC of 9.05% were obtained. Such results prove the physical and energetic potential of pruning wood and poultry litter as biofuel.
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The process used was briquetting, which consists of the uniformization and agglomeration of biomass particles, transforming them into a solid fuel, whose characteristics must follow a quality standard determined by international standards. The main characteristics of briquettes are high density and compressive strength, low moisture content (MC), Higher Heating Value (HHV) and energy density. Such characteristics allow biofuel to be easily transported, handled and stored, in addition to ensuring more efficient and uniform combustion. Therefore, briquettes were produced following the experimental research methodology. First, a systematic literature review (RSL) was carried out to verify existing publications in the area. Through this review it was identified that 95% of the publications use granulometry as a process variable, 73% use compression pressure, 68% the initial moisture content and 59% use the compaction time. These results helped in the decision of the control and response variables to be evaluated in conducting the experiments according to the response surface methodology (RSM). The output variables were empirically modeled and statistically validated by ANOVA, R²adj, normality of residuals, influential observations and Lack-of-Fit. The control variables selected were the biomass compression load, compaction time, proportion of poultry litter and pruning wood to compose the briquettes and granulometry. The output variables were briquette density, moisture content MC and HHV. After obtaining the validated mathematical models, a multi-objective optimization was performed to simultaneously maximize the density and HHV and minimize the TU. For this, the Normalized Global Criterion Method (MCGN) was applied, using the Generalized Reduced Gradient (GRG). Experimentally, HHV of 24.18MJ/kg, density of 1252.02kg/m³ and MC of 9.05% were obtained. Such results prove the physical and energetic potential of pruning wood and poultry litter as biofuel.NenhumaA biomassa em sua forma natural possui características precárias como baixa densidade, elevado teor de umidade e baixa densidade energéticas. No entanto, por meio de rotas de conversão física, termoquímica ou bioquímica é possível realizar seu aproveitamento como fonte de energia. O presente trabalho fez uso da conversão física de densificação de duas biomassas residuais, sendo elas a madeira da poda urbana da espécie Nim (Azadirachta indica) e a cama de aviário. O processo utilizado foi a briquetagem, que consiste na uniformização e aglomeração das partículas de biomassa transformando-as em um combustível sólido, cujas características devem seguir um padrão de qualidade determinado por normas internacionais. As principais características dos briquetes são elevadas densidade e resistência a compressão, baixo teor de umidade (TU), elevado Poder Calorifico Superior (PCS) e densidade energética. Tais características permitem que o biocombustível seja facilmente transportado, manuseado e armazenado, além de garantir uma combustão mais eficiente e uniforme. Diante disso, foram produzidos briquetes seguindo a metodologia da pesquisa experimental. Primeiro realizou-se uma revisão sistemática da literatura (RSL) para verificar as publicações já existente na área. Por meio dessa revisão identificou-se que 95% das publicações utilizam a granulometria como variável de processo, 73% utilizam pressão de compressão, 68% o teor de umidade inicial e 59 % utilizam o tempo de compactação. Esses resultados ajudaram na decisão das variáveis de controle e de respostas a serem avaliadas na condução dos experimentos de acordo metodologia de superfície de resposta (RSM). As variáveis de saída foram modeladas empiricamente e validados estatisticamente pela ANOVA, R²adj, normalidade dos resíduos, observações influentes e Lack-of-Fit. As variáveis de controle selecionadas foram a carga de compressão da biomassa, o tempo de compactação, proporção de cama de aviário e madeira da poda a compor os briquetes e granulometria. Já as variáveis de saída foram a densidade do briquete, teor de umidade TU e PCS. Após a obtenção dos modelos matemáticos validados, realizou-se uma otimização multiobjetivo para maximizar simultaneamente a densidade e PCS e minimizar o TU. Para isso foi aplicado o Método do Critério Global Normalizado (MCGN), utilizando o Gradiente Reduzido Generalizado (GRG). Experimentalmente foram obtidos PCS de 24,18MJ/kg, densidade de 1252,02kg/m³ e TU de 9,05%. Tais resultados comprovam o potencial físico e energético da madeira da poda e da cama de aviário como biocombustível.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de Energias RenováveisPrograma de Pós-Graduação em Energias RenováveisUFPBPeruchi, Rogério Santanahttp://lattes.cnpq.br/2633968496533807Lopes, Riuzuani Michelle Bezerra Pedrosahttp://lattes.cnpq.br/6408186920914457Marreiro, Hívila Maria Pontes2023-02-06T16:34:14Z2022-11-292023-02-06T16:34:14Z2022-07-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26174porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-05-22T16:09:58Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/26174Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462023-05-22T16:09:58Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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