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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41637
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Embargado |
Embargo Date: | 2026-03-24 |
Title: | Decomposição térmica de cascas de ovos para produção de cal a partir da concentração solar com lentes de Fresnel |
Alternate title (s): | Thermal decomposition of eggshells for lime production from solar concentration with Fresnel lenses |
Author: | Palhares, Dayana D´Arc de Fátima |
First Advisor: | Vieira, Luiz Gustavo Martins |
First member of the Committee: | Paula, Eduardo Coutinho de |
Second member of the Committee: | Teleken, Joel Gustavo |
Third member of the Committee: | Hori, Carla Eponina |
Fourth member of the Committee: | Barrozo, Marcos Antonio de Souza |
Summary: | A cal (CaO) é um material muito importante para o desenvolvimento socioeconômico de um país. Este produto possui aplicações na agricultura, construção civil, siderurgia e indústrias químicas em geral, bem como no meio ambiente para o tratamento de água, desinfecções, neutralizações de poluentes gasosos, tratamentos de resíduos e terras contaminadas. Alternativas para tornar o processo de produção de cal mais sustentável podem consistir, entre outras, na utilização de resíduos que sejam fontes de carbonato de cálcio (CaCO3) e na aplicação de fontes energéticas renováveis, tais como a luz solar concentrada para o fornecimento da energia necessária para a reação de calcinação. Dessa forma, essa tese teve como objetivo principal o estudo da calcinação de cascas de ovos (resíduos da cadeia produtiva e consumerista da avicultura de postura) com o uso de um concentrador solar de lente de Fresnel. Por meio de um modelo fenomenológico, foi possível prever a temperatura de equilíbrio térmico e o tempo de aquecimento do reator para sinalizar a viabilidade de uma lente de Fresnel comercial em fornecer a energia térmica suficiente para as reações de calcinação almejadas. Na unidade solar desenvolvida, os desvios para a temperatura de equilíbrio térmico foram em módulo inferiores a 7%, ratificando, portanto, a confiabilidade do modelo fenomenológico e a viabilidade do sistema para prover as calcinações das cascas de ovos. Para tanto, as cascas de ovos foram moídas e separadas em quatro faixas granulométricas [A (600-1000 μm), B (355-600 μm), C (212-355 μm) e D (125-212 μm)] e avaliadas por diversas técnicas de caracterização. A unidade solar para a reação de calcinação foi composta por uma lente de Fresnel comercial de 0,8971 m2 e por um reator de carbeto de silício (SiC) instalado na região focal do concentrador refrativo. Na unidade solar, as conversões da reação de calcinação do CaCO3 presente nas cascas de ovos foram 43,15 a 86,05%, para tempos reacionais de 20 min. A maior faixa de tamanho de partículas (600 a 1000 μm), a massa de amostra de 2,0 g e a faixa de temperatura de 876 a 896ºC foram as condições operacionais que maximizaram a conversão das cascas de ovos em cal pela unidade solar. Nessas condições operacionais, a calcinação completa das cascas de ovos em cal foi observada em tempos experimentais iguais a 30 min. O material resultante da calcinação foi analisado por Difratometria de Raios X (DRX) e foi constatada apenas a fase corresponde ao óxido de cálcio (CaO). Assim, concluiu-se que foi possível produzir a cal por meio de resíduos de cascas de ovos e com a energia solar concentrada por uma lente de Fresnel. |
Abstract: | Lime (CaO) is a very important material for the socioeconomic development of a country. This product has applications in agriculture, civil construction, steel and chemical industries in general, as well as in the environment for water treatment, disinfection, neutralization of gaseous pollutants, waste treatment and contaminated land. Alternatives to make the lime production process more sustainable can consist, among others, in the use of residues that are sources of calcium carbonate (CaCO3) and in the application of renewable energy sources, such as concentrated sunlight for energy supply required for the calcination reaction. Thus, this thesis had as its main objective the study of the calcination of eggshells (residues from the productive and consumer chain of laying poultry) with the use of a Fresnel lens solar concentrator. Through a phenomenological model, it was possible to predict the thermal equilibrium temperature and the heating time of the reactor to signal the feasibility of a commercial Fresnel lens to provide sufficient thermal energy for the aimed calcination reactions. In the conceived solar unit, the deviations for the temperature of thermal equilibrium were less than 7% in modulus, confirming, therefore, the reliability of the phenomenological model and the viability of the system to provide calcinations of eggshells. For this purpose, the eggshells were ground and separated into four particle size ranges [A (600-1000 μm), B (355-600 μm), C (212-355 μm) and D (125-212 μm)] and evaluated by many characterization techniques. The solar unit for the calcination reaction consisted of a 0.8971 m2 commercial Fresnel lens and a silicon carbide (SiC) reactor installed in the focal region of the refractive concentrator. In the solar unit, the calcination reaction conversions of CaCO3 present in eggshells were 43.15 to 86.05% for an experimental time of 20 min. The largest particle size range (600 to 1000 μm), a sample mass of 2.0 g and a temperature range of 876 to 896ºC were the operating conditions that maximized the conversion of eggshells into lime by the solar unit. Under these operating conditions, complete calcination of eggshells in lime was observed in experimental times equal to 30 min. The material resulting from the calcination was analyzed by X-Ray Diffraction (XRD) and only the phase corresponding to calcium oxide (CaO) was found. Thus, it was concluded that it was possible to produce lime by means of waste eggshells and with concentrated solar energy by a Fresnel lens. |
Keywords: | Calcinação Calcination Resíduos de cascas de ovos Waste eggshells Energia solar Solar energy Lente de Fresnel Fresnel lens |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Subject: | Engenharia química Ovos - Produção Método de decomposição Cal - Controle de produção |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | PALHARES, Dayana D´Arc de Fátima. Decomposição térmica de cascas de ovos para produção de cal a partir da concentração solar com lentes de Fresnel. 2022. 133 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.382. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.382 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41637 |
Date of defense: | 28-Jul-2022 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Química |
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