Utilização de cogeração de energia elétrica e térmica para melhorar a etapa de secagem do lodo de excesso de reator UASB

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dc.contributor.advisor-co1Gonçalves, Ricardo Franci
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2048-9451
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9604327349698525
dc.contributor.advisor1Campos, Rosane Hein de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-8254-8069
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3005395964947888
dc.contributor.authorZardo Junior, Orlando
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-1490-2107
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3646856154282871
dc.contributor.referee1Mendonça, Neyson Martins
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-8254-8069
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7534816053779593
dc.contributor.referee2Coelho, Edumar Ramos Cabral
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-9220-5737
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2276795519317927
dc.date.accessioned2025-12-10T23:16:49Z
dc.date.available2025-12-10T23:16:49Z
dc.date.issued2025-03-14
dc.description.abstractThe interdependence between water, energy, and food is central to sustainable development, especially in the face of challenges such as climate change and urbanization. This study assesses the cogeneration of electrical and thermal energy in a solar drying system for sludge from a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) anaerobic reactor, aiming for energy efficiency and economic feasibility. The research integrates an off-grid photovoltaic (PV) system with a solar greenhouse, analyzing the influence of temperature on heat and mass transfer during drying, in addition to economic indicators such as payback, IRR, and EROI. The methodology applied includes: 1) Solar drying – use of a chapel-type greenhouse, with resistive loads inside, coupled to a solar collector with a blower; 2) Economic indicators – calculation of payback, internal rate of return (IRR), and energy return on investment (EROI) to assess the profitability of the photovoltaic system; 3) Environmental analysis: quantification of the carbon emissions avoided by replacing fossil fuel sources with solar energy. The main results were: 1) Solar drying efficiency – average temperatures from 35°C to 67°C inside the greenhouse, with an 85% reduction in sludge volume; 2) Specific energy consumption of 1.55 kWh/kg of evaporated water, lower than thermal methods (between 1.77 and 2.86 kWh/kg); 3) Economic feasibility – payback of 6.15 years for the photovoltaic system, with an IRR of 12% per year and an EROI of 8.3, higher than the global average (between 6 and 8); 4) Avoided carbon: 5.36 tons of CO2 over 25 years; 5) Biosolid as a resource: total solids content >70%, suitable for agricultural use (CONAMA Class B); 6) 99.9% reduction in Escherichia coli load, ensuring sanitary safety. Conclusions: The integration of photovoltaic systems with solar drying proved to be technically and economically feasible, aligning with the principles of Sustainable Development Goals (SDG) 6 and the Brazilian National Solid Waste Policy (Law No. 12,305/2010).
dc.description.resumoA interdependência entre água, energia e alimentos é central para o desenvolvimento sustentável, especialmente frente a desafios como mudanças climáticas e urbaniza ção. Este estudo avalia a cogeração de energia elétrica e térmica em um sistema de secagem solar de lodo proveniente de reator anaeróbio UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), visando eficiência energética e viabilidade econômica. A pesquisa integra um sistema fotovoltaico (SFV) off-grid a uma estufa solar, analisando a influência da temperatura na transferência de calor e de massa durante a secagem, além de indicadores econômicos como payback, TIR e EROI. Como metodologia, aplicam-se: 1) secagem solar – utilização de estufa tipo capela, com cargas resistivas em seu interior, acoplada a um coletor solar com soprador; 2) indicadores econômicos – cálculo de payback, taxa interna de retorno (TIR) e energy return on investment (EROI) para avaliar a rentabilidade do sistema fotovoltaico; 3) análise ambiental: quantificação do carbono evitado pela substituição de fontes fósseis por energia solar. Como resultados, registram-se: 1) eficiência da secagem solar – temperaturas médias de 35ºC a 67°C dentro da estufa, com redução de 85% no volume do lodo; 2) consumo energético específico de 1,55 kWh/kg de água evaporada, inferior a métodos térmicos (entre 1,77 e 2,86 kWh/kg); 3) viabilidade econômica – payback de 6,15 anos para o sistema fotovoltaico, com TIR de 12% ao ano e EROI de 8,3, superior à média global (entre 6 e 8); 4) carbono evitado: 5,36 toneladas de CO2 em 25 anos; 5) biossólido como recurso: teor de sólidos totais >70%, adequado para uso agrícola (CONAMA Classe B); 6) redução de 99,9% na carga de Escherichia coli, garantindo segurança sanitária. Conclusões: a integração de sistemas fotovoltaicos com secagem solar mostrou-se técnica e economicamente viável, alinhando-se aos princípios dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 6 e à Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei nº 12.305/2010).
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20698
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Estudos Linguísticos
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Humanas e Naturais
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Linguística
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectSecagem solar
dc.subjectCogeração
dc.subjectFotovoltaico
dc.subjectViabilidade econômica
dc.subjectSolar drying
dc.subjectCogeneration
dc.subjectPhotovoltaic
dc.subjectEconomic feasibility
dc.subject.cnpqLinguística
dc.titleUtilização de cogeração de energia elétrica e térmica para melhorar a etapa de secagem do lodo de excesso de reator UASB
dc.typedoctoralThesis
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