Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | LOCUS Repositório Institucional da UFV |
Texto Completo: | https://locus.ufv.br//handle/123456789/30524 https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.233 |
Resumo: | A utilização de biocombustíveis e alimentos produzidos a partir da biomassa da microalga tem se destacado devido ao grande potencial desses microrganismos como fonte renovável de nutrientes e energia. Porém, as etapas de colheita e pós-colheita das microalgas apresentam ainda custo elevado pela necessidade do uso de calor para remoção de água. A utilização de métodos de concentração eficientes antes da secagem tem sido estudada a fim de diminuir os custos para a obtenção de biomassa seca. Logo, no trabalho teve-se por objetivo desenvolver um processo integrado de colheita e concentração da microalga da linhagem Scenedesmus obliquus BR003 cultivada em tanques abertos visando a produção de biomassa seca em grande escala. O trabalho foi divido em duas etapas de pesquisa, a primeira foi realizada com objetivo de determinar as propriedades termodinâmicas da biomassa de microalga pertinentes a secagem a partir da isotermas de sorção. O modelo de Peleg apresentou o melhor ajuste para a isoterma de sorção e foi utilizado para a predição das propriedades termodinâmicas de calor isostérico de sorção líquido, entropia, calor latente, calor isostérico de sorção total e energia livre de Gibbs. O calor isostérico, que pode ser utilizado para se determinar a demanda de calor na secagem, foi de 5236,19 a 5331,79 kJ∙kg -1 , entre as temperaturas de 70 a 30°C, para atingir um teor de água na base seca igual a 4% b.s. Na segunda etapa da pesquisa investigaram-se alternativas para a redução dos custos na concentração da biomassa, pela redução do consumo de energia com a remoção mecânica da água, antes da secagem. As operações unitárias de floculação, filtração (por gravidade e a vácuo) e centrifugação, em nível de bancada, foram otimizadas. Estas técnicas foram validadas em um estudo de aumento de escala, no qual foram combinadas em 3 rotas, contento 3 etapas de concentração. O desempenho das rotas foi avaliado pelo consumo de energia na remoção de água e a consequente redução na demanda de calor para a secagem a partir dos valores de calor isostérico. Pelos resultados obtidos, verificou-se que a rota de floculação, seguida por filtração a vácuo e centrifugação foi a que apresentou o melhor desempenho, concentrando dois cultivos outdoor em 1084 e 951 vezes, em relação a suspenção do cultivo, além de reduzir o gasto de energia na secagem. Concluiu-se a partir dos resultados obtidos que a remoção mecânica da água da biomassa racionaliza o consumo de energia, além de possibilitar secadores mais eficientes para a biomassa de microalga por meio dos dados termodinâmicos obtidos. Palavras-chave: Calor isostérico. Eficiência energética. Equilíbrio higroscópio. Remoção de água. Tetradesmus obliquus. |
id |
UFV_180a9920efe4ebf4529de87ce9fcb959 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:locus.ufv.br:123456789/30524 |
network_acronym_str |
UFV |
network_name_str |
LOCUS Repositório Institucional da UFV |
repository_id_str |
2145 |
spelling |
Dias, Víctor Martinshttp://lattes.cnpq.br/0216517126712742Martins, Marcio Arêdes2023-03-17T18:25:46Z2023-03-17T18:25:46Z2022-02-23DIAS, Víctor Martins. Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus. 2022. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022.https://locus.ufv.br//handle/123456789/30524https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.233A utilização de biocombustíveis e alimentos produzidos a partir da biomassa da microalga tem se destacado devido ao grande potencial desses microrganismos como fonte renovável de nutrientes e energia. Porém, as etapas de colheita e pós-colheita das microalgas apresentam ainda custo elevado pela necessidade do uso de calor para remoção de água. A utilização de métodos de concentração eficientes antes da secagem tem sido estudada a fim de diminuir os custos para a obtenção de biomassa seca. Logo, no trabalho teve-se por objetivo desenvolver um processo integrado de colheita e concentração da microalga da linhagem Scenedesmus obliquus BR003 cultivada em tanques abertos visando a produção de biomassa seca em grande escala. O trabalho foi divido em duas etapas de pesquisa, a primeira foi realizada com objetivo de determinar as propriedades termodinâmicas da biomassa de microalga pertinentes a secagem a partir da isotermas de sorção. O modelo de Peleg apresentou o melhor ajuste para a isoterma de sorção e foi utilizado para a predição das propriedades termodinâmicas de calor isostérico de sorção líquido, entropia, calor latente, calor isostérico de sorção total e energia livre de Gibbs. O calor isostérico, que pode ser utilizado para se determinar a demanda de calor na secagem, foi de 5236,19 a 5331,79 kJ∙kg -1 , entre as temperaturas de 70 a 30°C, para atingir um teor de água na base seca igual a 4% b.s. Na segunda etapa da pesquisa investigaram-se alternativas para a redução dos custos na concentração da biomassa, pela redução do consumo de energia com a remoção mecânica da água, antes da secagem. As operações unitárias de floculação, filtração (por gravidade e a vácuo) e centrifugação, em nível de bancada, foram otimizadas. Estas técnicas foram validadas em um estudo de aumento de escala, no qual foram combinadas em 3 rotas, contento 3 etapas de concentração. O desempenho das rotas foi avaliado pelo consumo de energia na remoção de água e a consequente redução na demanda de calor para a secagem a partir dos valores de calor isostérico. Pelos resultados obtidos, verificou-se que a rota de floculação, seguida por filtração a vácuo e centrifugação foi a que apresentou o melhor desempenho, concentrando dois cultivos outdoor em 1084 e 951 vezes, em relação a suspenção do cultivo, além de reduzir o gasto de energia na secagem. Concluiu-se a partir dos resultados obtidos que a remoção mecânica da água da biomassa racionaliza o consumo de energia, além de possibilitar secadores mais eficientes para a biomassa de microalga por meio dos dados termodinâmicos obtidos. Palavras-chave: Calor isostérico. Eficiência energética. Equilíbrio higroscópio. Remoção de água. Tetradesmus obliquus.The use of biofuels and food produced from microalgae biomass has been highlighted due to the great potential of these microorganisms as a renewable source of nutrients and energy. However, the harvest and post-harvest stages of microalgae still have a high cost due to the need to use heat to remove water. The use of efficient concentration methods before drying has been studied in order to reduce the costs for obtaining dry biomass. Therefore, this work aimed to develop an integrated process for harvesting and concentrating the Scenedesmus obliquus BR003 microalgae grown in open tanks, aiming the production of dry biomass on a large scale. The work was divided into two research stages, the first was carried out with the objective of determining the thermodynamic properties of microalgae biomass which are relevant to drying from sorption isotherms. Peleg's model presented the best fit for the sorption isotherm and was used to predict the thermodynamic properties of isosteric heat of liquid sorption, entropy, latent heat, isosteric heat of total sorption, and Gibbs-free energy. The isosteric heat, which can be used to determine the heat demand in drying, was from 5236.19 to 5331.79 kJ∙kg -1 , between the temperatures of 70 to 30°C, to reach a water content in the dry basis equal to 4%. In the second stage of the research, alternatives for reducing costs in the concentration of biomass were investigated, by reducing energy consumption with the mechanical removal of water, before drying. Bench-level unit flocculation, filtration (gravity and vacuum), and centrifugation operations were optimized. These techniques were validated in a scale-up study, in which they were combined in 3 routes, containing 3 stages of concentration. The performance of the routes was evaluated by the energy consumption in the removal of water and the consequent reduction in the heat demand for drying from the isosteric heat values. From the results obtained, it was found that the flocculation route followed by vacuum filtration and centrifugation showed the best performance, concentrating two outdoor crops 1084 and 951 times, in relation to the cultivation suspension, in addition to reducing energy expenditure on drying. It was concluded from the results obtained that the mechanical removal of water from biomass rationalizes energy consumption, in addition to allowing more efficient dryers for the microalgae biomass through the thermodynamic data obtained. Keywords: Isosteric heat. Energy efficiency. Hygroscopic moisture. Dewatering. Tetradesmus obliquus.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de ViçosaEngenharia AgrícolaMicroalga – SecagemBiomassaEnergia – ConsumoBiocombustíveisEngenharia AgrícolaDesenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquusDevelopment of an integrated process for harvesting and drying microalgae Scenedesmus obliquusinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal de ViçosaDepartamento de Engenharia AgrícolaMestre em Engenharia AgrícolaViçosa - MG2022-02-23Mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:LOCUS Repositório Institucional da UFVinstname:Universidade Federal de Viçosa (UFV)instacron:UFVORIGINALtexto completo.pdftexto completo.pdftexto completoapplication/pdf2025286https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/30524/1/texto%20completo.pdff3e02681ff1925b02001efcdcd6de8e0MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/30524/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52123456789/305242023-03-17 15:25:46.58oai:locus.ufv.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://www.locus.ufv.br/oai/requestfabiojreis@ufv.bropendoar:21452023-03-17T18:25:46LOCUS Repositório Institucional da UFV - Universidade Federal de Viçosa (UFV)false |
dc.title.pt-BR.fl_str_mv |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
dc.title.en.fl_str_mv |
Development of an integrated process for harvesting and drying microalgae Scenedesmus obliquus |
title |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
spellingShingle |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus Dias, Víctor Martins Microalga – Secagem Biomassa Energia – Consumo Biocombustíveis Engenharia Agrícola |
title_short |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
title_full |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
title_fullStr |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
title_full_unstemmed |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
title_sort |
Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus |
author |
Dias, Víctor Martins |
author_facet |
Dias, Víctor Martins |
author_role |
author |
dc.contributor.authorLattes.pt-BR.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0216517126712742 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Dias, Víctor Martins |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Martins, Marcio Arêdes |
contributor_str_mv |
Martins, Marcio Arêdes |
dc.subject.pt-BR.fl_str_mv |
Microalga – Secagem Biomassa Energia – Consumo Biocombustíveis |
topic |
Microalga – Secagem Biomassa Energia – Consumo Biocombustíveis Engenharia Agrícola |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
Engenharia Agrícola |
description |
A utilização de biocombustíveis e alimentos produzidos a partir da biomassa da microalga tem se destacado devido ao grande potencial desses microrganismos como fonte renovável de nutrientes e energia. Porém, as etapas de colheita e pós-colheita das microalgas apresentam ainda custo elevado pela necessidade do uso de calor para remoção de água. A utilização de métodos de concentração eficientes antes da secagem tem sido estudada a fim de diminuir os custos para a obtenção de biomassa seca. Logo, no trabalho teve-se por objetivo desenvolver um processo integrado de colheita e concentração da microalga da linhagem Scenedesmus obliquus BR003 cultivada em tanques abertos visando a produção de biomassa seca em grande escala. O trabalho foi divido em duas etapas de pesquisa, a primeira foi realizada com objetivo de determinar as propriedades termodinâmicas da biomassa de microalga pertinentes a secagem a partir da isotermas de sorção. O modelo de Peleg apresentou o melhor ajuste para a isoterma de sorção e foi utilizado para a predição das propriedades termodinâmicas de calor isostérico de sorção líquido, entropia, calor latente, calor isostérico de sorção total e energia livre de Gibbs. O calor isostérico, que pode ser utilizado para se determinar a demanda de calor na secagem, foi de 5236,19 a 5331,79 kJ∙kg -1 , entre as temperaturas de 70 a 30°C, para atingir um teor de água na base seca igual a 4% b.s. Na segunda etapa da pesquisa investigaram-se alternativas para a redução dos custos na concentração da biomassa, pela redução do consumo de energia com a remoção mecânica da água, antes da secagem. As operações unitárias de floculação, filtração (por gravidade e a vácuo) e centrifugação, em nível de bancada, foram otimizadas. Estas técnicas foram validadas em um estudo de aumento de escala, no qual foram combinadas em 3 rotas, contento 3 etapas de concentração. O desempenho das rotas foi avaliado pelo consumo de energia na remoção de água e a consequente redução na demanda de calor para a secagem a partir dos valores de calor isostérico. Pelos resultados obtidos, verificou-se que a rota de floculação, seguida por filtração a vácuo e centrifugação foi a que apresentou o melhor desempenho, concentrando dois cultivos outdoor em 1084 e 951 vezes, em relação a suspenção do cultivo, além de reduzir o gasto de energia na secagem. Concluiu-se a partir dos resultados obtidos que a remoção mecânica da água da biomassa racionaliza o consumo de energia, além de possibilitar secadores mais eficientes para a biomassa de microalga por meio dos dados termodinâmicos obtidos. Palavras-chave: Calor isostérico. Eficiência energética. Equilíbrio higroscópio. Remoção de água. Tetradesmus obliquus. |
publishDate |
2022 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2022-02-23 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2023-03-17T18:25:46Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2023-03-17T18:25:46Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
DIAS, Víctor Martins. Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus. 2022. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://locus.ufv.br//handle/123456789/30524 |
dc.identifier.doi.pt-BR.fl_str_mv |
https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.233 |
identifier_str_mv |
DIAS, Víctor Martins. Desenvolvimento de um processo integrada para colheita e secagem da microalga Scenedesmus obliquus. 2022. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022. |
url |
https://locus.ufv.br//handle/123456789/30524 https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.233 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Viçosa |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Engenharia Agrícola |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Viçosa |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:LOCUS Repositório Institucional da UFV instname:Universidade Federal de Viçosa (UFV) instacron:UFV |
instname_str |
Universidade Federal de Viçosa (UFV) |
instacron_str |
UFV |
institution |
UFV |
reponame_str |
LOCUS Repositório Institucional da UFV |
collection |
LOCUS Repositório Institucional da UFV |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/30524/1/texto%20completo.pdf https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/30524/2/license.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
f3e02681ff1925b02001efcdcd6de8e0 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
LOCUS Repositório Institucional da UFV - Universidade Federal de Viçosa (UFV) |
repository.mail.fl_str_mv |
fabiojreis@ufv.br |
_version_ |
1801213125705334784 |