Desenvolvimento do conceito de um dispositivo para a valoração de cinzas de fundo de caldeira através da obtenção de alcalinizante

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Backes, Henrique Signor
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 de Passo Fundo
Instituto de Tecnologia – ITEC
Brasil
UPF
Programa de Pós-Graduação em Projeto e Processos de Fabricação
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.upf.br/handle/123456789/4059
Resumo: The use of eucalyptus biomass in the global energy matrix, especially in the production of steam in food industry boilers, is increasing. As a residue of this process, there are ashes, considered class II waste, which need to be disposed of, generating costs for the industries. The ashes are mainly composed of alkali oxides, which can be solubilized to produce a low-cost alkalizing agent. The use of ashes has been the focus of many studies, but there are no studies on the recovery of ashes through the production of alkalizing agents in the literature. Thus, the ashes from the combustion of eucalyptus wood, originating from a boiler operating within a food industry, were chemically characterized, concluding that they are mainly composed of Calcium Oxide (CaO), Potassium (K₂O), and Magnesium (MgO), responsible for the alkalinity of the ashes. pH values ranging from 11.3 to 13.7 and maximum values of total and partial alkalinity of 19,050 and 26,000 mg/CaCO3 per 100 ml of sample were found, clearly indicating the alkaline potential of the extract. The parameters of temperature, agitation, contact time, and ash mass were analyzed through experimental design to verify their influence on alkaline extraction, where it was observed that temperature had no effect on pH and alkalinity, while ash mass and time had the most significant effects on the responses. Therefore, the focus was on the ash mass and contact time conditions. With the definition of the alkaline extract, its effectiveness was tested on a dairy effluent, showing interesting results in the removal of phosphorus, COD, turbidity, and color. The present work aims to design a device that utilizes bottom boiler ashes for the production of the alkalizing agent, following the design method proposed by Pahl et al. (2005), involving four phases: Project planning, conceptual design, concept presentation, and detailed design, developing its final form. Such a device will bring economic and environmental benefits to the industrial sector, as the machine's design was conceived for on-site use of the ashes, transforming the waste resulting from combustion into an alkalizing agent that the company can use in its effluent treatment.
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Thus, the ashes from the combustion of eucalyptus wood, originating from a boiler operating within a food industry, were chemically characterized, concluding that they are mainly composed of Calcium Oxide (CaO), Potassium (K₂O), and Magnesium (MgO), responsible for the alkalinity of the ashes. pH values ranging from 11.3 to 13.7 and maximum values of total and partial alkalinity of 19,050 and 26,000 mg/CaCO3 per 100 ml of sample were found, clearly indicating the alkaline potential of the extract. The parameters of temperature, agitation, contact time, and ash mass were analyzed through experimental design to verify their influence on alkaline extraction, where it was observed that temperature had no effect on pH and alkalinity, while ash mass and time had the most significant effects on the responses. Therefore, the focus was on the ash mass and contact time conditions. With the definition of the alkaline extract, its effectiveness was tested on a dairy effluent, showing interesting results in the removal of phosphorus, COD, turbidity, and color. The present work aims to design a device that utilizes bottom boiler ashes for the production of the alkalizing agent, following the design method proposed by Pahl et al. (2005), involving four phases: Project planning, conceptual design, concept presentation, and detailed design, developing its final form. Such a device will bring economic and environmental benefits to the industrial sector, as the machine's design was conceived for on-site use of the ashes, transforming the waste resulting from combustion into an alkalizing agent that the company can use in its effluent treatment.A utilização de biomassa de eucalipto na matriz energética mundial, especialmente na produção de vapor em caldeiras da indústria de alimentos, é crescente. Como resíduo deste processo tem-se as cinzas, consideradas como resíduos classe II, que necessitam ser descartadas gerando custos para as indústrias. As cinzas são compostas basicamente de óxidos alcalinos, que podem ser solubilizados para a produção de um alcalinizante de baixo custo. O uso de cinzas tem sido o foco de muitos estudos, porém, não há estudos sobre a recuperação de cinzas através da produção de agentes alcalinizantes na literatura. Com isso, caracterizou-se quimicamente as cinzas provenientes da combustão da madeira de eucalipto, originárias de uma caldeira operando dentro de uma indústria de alimentos, concluindo que as mesmas são compostas principalmente por Óxido de Cálcio (CaO), Potássio (K₂O) e Magnésio (MgO), sendo os responsáveis pela basicidade das cinzas. Encontrando-se valores de pH variando entre 11,3 e 13,7 e valores máximos de alcalinidade total e parcial de 19.050 e 26.000 mg/CaCO3 para 100 ml de amostra respectivamente, deixando evidente o potencial alcalino do extrato. Os parâmetros de temperatura, agitação, tempo de contato e massa de cinzas foram analisados por meio de planejamento experimental para verificar a influência sobre a extração alcalina, onde observou-se que a temperatura não demonstrou efeito sobre pH e alcalinidade, por outro lado, massa de cinzas e tempo, foram as que mais apresentaram efeitos sobre as respostas. Portanto, o foco foi dado às condições de massa de cinzas e tempo de contato. Com a definição do extrato alcalino, foi possível testar sua eficácia em um efluente de laticínio, com resultados interessantes na remoção de fósforo, DQO, turbidez e cor. O presente trabalho tem o objetivo de projetar um dispositivo que aproveite das cinzas do fundo de caldeira para transformação do alcalinizante, através do método projetual proposto por Pahl et al. (2005), que através do processo de 4 fases, sendo elas: O processo envolveu quatro fases: Planejamento do projeto, projeto conceitual, apresentação do conceito e projeto detalhado desenvolvendo sua forma final. Tal dispositivo trará um benefício econômico e ambiental para o setor industrial, pois, o projeto da máquina foi pensado para utilização das cinzas no local, transformando o resíduo proveniente da queima em um alcalinizante para a própria empresa utilizá-lo em seu tratamento de efluente.Universidade de Passo FundoInstituto de Tecnologia – ITECBrasilUPFPrograma de Pós-Graduação em Projeto e Processos de FabricaçãoHemkemeier, MarceloBackes, Henrique Signor2025-05-07T18:08:20Z2023-06-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfBACKES, Henrique Signor. Desenvolvimento do conceito de um dispositivo para a valoração de cinzas de fundo de caldeira através da obtenção de alcalinizante. 2023. 119 f. Dissertação (Mestrado em Projeto e Processos de Fabricação) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2023.https://repositorio.upf.br/handle/123456789/4059porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UPFinstname:Universidade de Passo Fundo (UPF)instacron:UPF2025-05-07T18:18:10Zoai:repositorio.upf.br:123456789/4059Repositório InstitucionalPRIhttp://repositorio.upf.br/oai/requestjucelei@upf.br||biblio@upf.bropendoar:16102025-05-07T18:18:10Repositório Institucional da UPF - Universidade de Passo Fundo (UPF)false
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