An. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002

 

Produção de briquetes energéticos a partir de caroços de açaí

 

 

Bruno de Oliveira Reis^I; Ivete Teixeira da Silva^II; Isa Maria Oliveira da Silva^III; Brigida Ramati Pereira da Rocha^IV

^IBolsista de Iniciação Científica do Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação, UFPA CEP 66075-110, Belém, PA tel.: (091) 211-2072, fax.: (091) 211-1634
^IIPrograma de Pós Graduação em Engenharia Mecânica - Mestrado UFPA CEP 66075-110, Belém, PA tel.: (091) 211-2072, fax.: (091) 211-1634
^IIIPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação/ Departamento de Meteorologia UFPA CEP- 66075-110 Belém - PA Tel: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634
^IVDepartamento de Engenharia Elétrica e da Computação, UFPA CEP- 66075-110 Belém - PA Tel: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634

 

 

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RESUMO

Foi realizado um estudo do potencial do açaí (Euterpe oleracea, Mart) para a produção de briquetes energéticos.
A biomassa utilizada é o resíduo do açaí proveniente de uma palmeira de origem amazônica, cresce em touceiras, composta por várias estipes que pode chegar até 25 pés em cada touceira. O Estado do Pará é o maior produtor nacional de açaí com 112.676 ton/ano do fruto, deste total 93.521 ton/ano é de resíduo (caroço).
O poder calorífico do resíduo obtido foi em média de 4.500 kcal/kg e o potencial energético é de 40.751 MWh/mês.
A viabilidade de produção dos briquetes de resíduos de açaí é muito boa, o que aponta para a necessidade de sua utilização.

Palavra chave: Bioenergia, Biomassa, Açaí, Energia renovável.

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ABSTRACT

A study of the potential of the açaí (Euterpe oleracea, Mart) was accomplished for the production of energy briquettes.
The biomass used is the residue of açai (Euterpe olerácea, Mart.) coming of a palm tree of amazon origin, it grows in touceiras, composed by several estipes that can arrive up to 25 feet in each touceira. The State of Pará is the largest national producer of açai with 112.676 ton/year/ of the fruit, of a total of 93.521 ton/year of its residue (pit).
The calorific power of the residue obtained was on the average of 4.500 kcal/kg and potential of 40.751 MWh/month.
The viability of production of the briquettes of açai residues is very good, taking in consideration several aspects that it will be discussed..

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INTRODUÇÃO

A precariedade na produção de energia na Amazônia, é principalmente, devido as distâncias entre as localidades e pelo baixo mercado consumidor tornando inviável economicamente a sua eletrificação. O modelo atual de geração nas pequenas localidades, é por meio de termoelétricas a óleo Diesel que provoca uma grande poluição ambiental, e gera custos altos pela importação e transporte deste óleo para esta região. A necessidade de eletrificar as comunidades isoladas de uma forma limpa, induz a necessidade de investimentos em estudos de alternativas energéticas. A geração de energia a partir de recursos renováveis é uma proposta viável, e sustentável em termos econômicos e ambientais.

Uma nova oportunidade de geração energética através de briquetes energéticos que possuem características satisfatórias à região, principalmente pela maior resistência ao transporte já que o Estado tem uma grande deficiência quanto a integração entre municípios pela precariedade de suas estradas.

A eletricidade é de grande importância para toda a sociedade, desempenhando um papel fundamental e vital no desenvolvimento econômico do país, bem como para o aumento da qualidade de vida em quase todos os aspectos e também para serviços como: iluminação de hospitais, escolas e residências, abastecimento de água potável, conservação a frio de mercadorias perecíveis e medicamentos, etc.

A Região Amazônica, e em particular o Estado do Pará, possui diversas áreas isoladas da rede de fornecimento de energia, com remotas possibilidades de fornecimento de energia elétrica pelo sistema interligado das concessionárias de energia local.

O modelo atual de geração nas pequenas localidades, é feito por meio de termoelétricas a óleo Diesel provocando uma grande poluição ambiental, e gerando custos altos pela importação e transporte deste óleo para esta região. A geração descentralizada de eletricidade a partir de recursos renováveis figura-se como uma alternativa local, viável e sustentável em termos econômicos e ambientais. A necessidade de eletrificação de comunidades isoladas e de diminuição das emissões de gases efeito estufa resultantes da queima de combustíveis fósseis hoje em utilização pelas comunidades isoladas na região, induz a necessidade de investimentos em estudos de alternativas energéticas.

AÇAÍ

O açaizeiro (euterpe olerácea, Mart.) (Figura 1) é uma palmeira endêmica do estuário amazônico. Sua predominância se dá no Baixo-Tocantins [1], região de maior produtividade [2], (Tabela 1) principalmente nos solos de várzea, rico em nutrientes e em sedimentos com boas quantidades de N, Ca, P, K, e Mg [3].

 

 

 

 

Uma característica importante desta palmeira é seu crescimento em touceiras, composta por várias estipes que pode chegar até 25 pés em cada touceira, sendo que cada estipe produz anualmente de 5 a 8 cachos de fruto [4]. Este valor pode variar devido os fatores de fertilidade e umidade do solo e também pela influência da intensidade luminosa, sendo a produção menor à sombra [5]. A safra do açaí é basicamente dividida em dois períodos: a safra de inverno, onde a quantidade encontrada no mercado é baixa e a qualidade do fruto não é muito boa, e a safra do verão que também pode ser chamada de alta estação[6], onde a oferta é grande e a qualidade boa, (Tabela 2).

 

 

O açaí, mostrado na (Figura 2) é uma das frutas de maior valor sócio-econômico-cultural para a população paraense. Mas o principal produto é seu fruto de onde se extrai o "vinho do açaí" que para muitas famílias é o alimento principal do dia a dia.

 

 

Segundo (Rogéz,2000), o fruto do açaí é arredondado de 1 a 2 cm de diâmetro e um peso médio de 0,8 a 2,3g seu epicarpo é de cor violáceo - púrpura quase negro e muito fino. O mesocarpo também é bastante fino, tem apenas 1 a 2mm de espessura. O epicarpo e o mesocarpo constituem a parte comestível do fruto.

O caroço constitui 83% do fruto[7] e é formado por um pequeno endosperma sólido ligado a um tegumento que na maturidade é rico em celulose, hemecelulose e cristais de inulina, antes é rico em lipídios. Um pericarpo fibroso, rico em sílica e um endocarpo pouco lenhoso (Rogez, 2000).

Análise química mostrou a composição do caroço [8](Tabela 3) do açaí que são muito importantes para o processo de briquetagem, pois indicam fatores importantes como por exemplo teor de umidade, concentração de lignina e celulose.

 

 

Devido o grande consumo do açaí na região e agora em nível nacional, muitas pesquisas têm sido feitas, basicamente sobre o "vinho", mas quase nenhuma relacionada com aos resíduos, pois o que se vê, principalmente na região, são caroços jogados pelas ruas e nos lixões, sem nenhum tratamento.

BRIQUETAGEM

O processo de briquetagem teve origem na Europa, ainda no início do século passado. Atualmente, praticamente todos os tipos de resíduos orgânicos (biomassa) podem ser reutilizados para a produção de energia, com tecnologia mais sofisticadas[9]. Com a crise energética recente, a técnica da briquetagem, está novamente sendo olhada como uma boa opção para a geração de energia

 

MATERIAIS E MÉTODOS

MATERIAIS

Foram realizadas análises químicas em anostras de caroço açaí para avaliar as suas características termoquímicas definindo, assim, o potencial para a geração de energia.

Matéria Prima

O caroço de açaí foi recolhido em algumas feiras da cidade Belém, no período da manhã logo após o seu beneficiamento, garantindo que a matéria prima fosse de boa qualidade.

EQUIPAMENTOS

• Balança Analítica;
• Bomba Calorimétrica;
• Cronômetro;
• Estufa
• Fio de Ignição Cromel C
• Molde para pastilhar Ác. Benzóico
• Prensa
• Termômetro;

REAGENTES

• Solução de Biftalato de Sódio 0,1M;
• Solução de hidróxido de Sódio 0,0725N;
• Fenolftaleina 1,0%;

SECAGEM

O processo de secagem é uma das operações mais importantes a serem realizadas, pois o teor de umidade para a fabricação dos briquetes é de 12 a 15%. Uma umidade maior que este valor pode comprometer uma queima eficiente dos briquetes.

O caroço do açaí foi coletado após o seu despolpamento e em seguida lavado para que se retirasse o excesso de borra remanescente. Em seguida foram colocados em um meio absorvente para a retirada do excesso de umidade proveniente da lavagem afim de que esta umidade excedente não interferisse no teor de umidade da amostra.

Foi pesado 50g da amostra e colocada na estufa pré-aquecida a 110ºC, sendo neste instante marcado em um cronômetro o tempo 0 e posterirmente sendo marcado a cada 2 horas.

PODER CALORÍFICO

Existem dois tipos de poder calorífico presente nos combustíveis. O poder calorífico superior e o inferior.

- Poder Calorífico Superior(PCS) - é a quantidade de energia interna contida num combustível, quando toda a água líquida contida no combustível mais a que resulta da combustão, estão condensadas.

- Poder Calorífico Inferior (PCI) - é a quantidade de energia interna de um combustível, porém com a água no estado de vapor[10].

O poder calorífico é determinado pelo método ( PMB-454/IBP - ABNT, 1968)[11].

Uma quantidade conhecida de amostra é queimada em uma bomba calorimétrica com atmosfera de oxigênio. O poder calorífico é computado a partir das observações de temperatura efetuadas antes, durante e depois da combustão, com as tolerâncias permissíveis para as correções termoquímicas e de transferência de calor. O calorímetro utilizado é isotérmico.

Antes de começar os testes a bomba calorimétrica tem que ser padronizada com ácido benzóico padrão para determinar a sua capacidade calorífica.

Usando os dados obtidos nos testes é determinado a elevação da temperatura pela equação (1).

onde:

t = elevação da temperatura corrigida;

a = tempo de ignição;

b = tempo decorrido até o instante em que a elevação de temperatura alcança 60% do total com aproximação de 0,1 minuto.

c = tempo no início do período, no qual a variação da temperatura com o tempo torna-se constante (após a combutão);

t_a = temperatura no momento da ignição, corrigida para o erro do termômetro;

t_c = temperatura no tempo c, corrigida para o erro do termômetro;

r₁ = razão na qual a temperatura se elevou durante o período de 5 minutos após o tempo c. Se a temperatura está caindo, r₂ é negativo e a quantidade - r₂(c - b) é positiva;

Com a temperatura calculada o poder calorífico é obtido pela equação (2).

onde:

PCS = Poder Calorífico Superior em (kcal/kg);

t = elevação da temperatura corrigida (ºC);

A = equivalente em água do calorímetro (kcal/kgºC);

M = massa da amostra (g);

e₁= correção para o calor de formação do HNO₃ (calorias) = mililitros de solução de alcali padrão usada na titulação do ácido.

e₂ = correção para o calor de formação do ácido sulfúrico em calorias = 14 x porcentagem de enxofre na amostra x peso da amostra em gramas;

e₃ = correção para o poder calorífico do fio de ignição, em calorias = 2,3 x centímetros de fio de Cromel C comsumido.

BRIQUETE

O método de produção dos briquetes requer um controle de umidade do material utilizado, como já foi mencionado no processo de secagem, cujo teor máximo ideal é de 15%. Do silo de armazenagem, os resíduos são transferidos para um dosador, sendo briquetados em seguida. O processo da briquetagem é feito pela densificação mediante elevadas pressões provocando um aumento térmico da ordem de 100ºC, esta temperatura provoca uma "plastificação" das partículas pela lignina, que atua como aglomerante. A dimensão ideal dos briquetes para queima em fornos e caldeiras é de 75 a 100 mm de diâmetro por 250 a 350 mm de comprimento[12].

A briquetagem feita através de Prensa Briquetadeira de Pistão, acontece por meio de golpes produzidos sobre os resíduos por um pistão acionado através de dois volantes. O briquete deste processo tem as seguintes características:

- Densidade: 1.000 kg/m³ a 1.300 kg/m³, Consumo: 20 a 60 kWh/t, Produção: 200 a 1.500 kg/h, P.C.I: 4.800 kcal/kg (20,1 MJ/kg), Voláteis: 81%(base seca) e Cinzas: 1,2% (base seca)

Na Briquetadeira Por Extrusão é obtido um produto com 5% de umidade, ou menos. Quando a matéria prima é conduzida para a parte central do equipamento, chamada matriz, a mesma sofre intenso atrito e forte pressão, o que eleva a temperatura acima de 250 ºC, fluidificando-a. Posteriormente, o material é submetido a altas pressões, tornando-se mais compacto. No final do processo, o material é naturalmente resfriado, solidificando-se e resultando um briquete com elevada resistência mecânica. A lignina solidificada na superfície do briquete o torna também resistente à umidade natural. Nesse caso o briquete apresenta as seguintes propriedades:

- Densidade: 1.200 a 1.400 kg/m³, Consumo: 50 a 65 kWh/t, Produção: 800 a 1.250 kg/h, P.C.I.: 4.900 kcal/kg (20,5 MJ/kg), Voláteis: 85% e Cinzas: < 1%[13].

 

RESULTADOS E DISCUSSÕES

PODER CALORÍFCO

A principal finalidade de se determinar o poder calorífico do caroço de açaí é avaliar a potência calorífica destes na geração de energia a partir do processo de combustão.

O caroço de açaí apresentou depois das medidas um poder calorífico em média de 4.500kcal/kg.

SECAGEM

A secagem tem um papel fundamental na fabricação dos briquetes pois dependendo do seu teor pode comprometer o rendimento da queima do briquete.

Pode-se observar nos valores obtidos, (Tabela 4) e (Figura 3), pela secagem que o caroço tem uma perda umidade bastante acentuada nas primeiras 3horas. Isto se deve a estrutura do caroço que apresenta uma concentração aquosa maior em sua parte exterior.

 

 

 

 

BRIQUETE

Uma estimativa do potencial energético a partir de briquetes de caroço de açaí pode ser feita levando-se em consideração os dados do poder calorífico e da produção de resíduos por um cálculo simples (4).

Onde:

P= Potencial energético (MWh/mês)

PCS = Poder calorífico do caroço

Q = Quantidade de caroço produzido/mês.

P = 40.751 MWh/mês.

 

CONCLUSÕES

A composição química mostra que o caroço tem uma boa quantidade de celulose, lignina e um baixo teor de cinza e umidade que são de grande importância para a produção de briquetes.

A utilização dos briquetes energéticos dos resíduos de açaí, como fonte energética no Estado do Pará, é uma solução viável, sendo um dos pontos favoráveis a fácil aquisição do resíduo, pois a maior produção e comercialização estão concentrados em uma área não muito grande.

Esta utilização apresenta algumas vantagens em relação aos resíduos quando queimados na sua forma primária como: padronização, economia de espaço, poder calorífico elevado, baixa emissão de gases, etc.

A briquetagem é uma boa alternativa tecnológica para se produzir energia de forma mais econômica, pois apresenta algumas vantagens em relação, principalmente a geração de energia por meio de termoelétricas, como por exemplo: custo de operação baixo, proteção ao meio ambiente e custo reduzido no transporte de matéria prima.

 

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq e a SECTAM pelo suporte financeiro ao projeto e as pesquisas realizadas, Prof. Dr. Francisco Assunção, Miguel e Paulo do Departamento de Química da UFPA, Prof. Dr. Roberto Neves do Departamento de Engenharia Química da UFPA, pelo apoio técnico.

Mais uma vez ao CNPq, pois, Bruno de Oliveira Reis, um dos autores, é Bolsista de Iniciação científica e realizou este trabalho dentro do plano de trabalho a que a bolsa se refere.

A Simone, Leonardo, Vinicius e Humberto pela ajuda no desenvolvimento do trabalho.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOBRÁFICAS

[1]. COSTA, M. F. da, LOUREIRO, M. R. C., ALBUQUERQUE, C. R. A. de, FILHO, Z. P. A.. Perspectiva para o aproveitamento integral da palmeira do açaí. Série Monografias, 14, IDESP - Instituto de Desenvolvimento Econômico Social do Pará, Belém - PA, 1974, 84p.

[2]. IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Produção da extração vegetal e da silvicultura, Rio de Janeiro - RJ, Brasil, 2001.

[3]. LIMA, R. R., A Agricultura nas várzeas do estuário amazônico, Boletim técnico do Instituto Agronômico do Norte, n.º 33, Belém-PA, Brasil, pp. 1-164, 1965.

[4]. CALZAVARA, B.B.G. As possibilidades do estuário amazônico. Belém: FCAP, 1972. (Boletim Técnico, n.º 5).

[5]. ROGEZ, H., Açaí: Preparo, composição e Melhoramento da Composição/ Hervé Rogez. Belém: EDUFPA, 2000.

[6]. NASCIMENTO, M. J. M., Mercado e comercialização de frutos de açaí, TOMO III, Centro de Filozofia e Ciências Humanas, Universidade Federal do Pará, Belém - PA, Brasil, 1992, 104p., Relatório de pesquisa.

[7]. CHAVES, J.M., PECHNIK, E., O assaí, um dos alimentos básicos da Amazônia, Anais do 4º Congresso da Associação de Química do Brasil, pp. 169 - 172, 1948.

[8]. ALTMAN, R. F. A., O Caroço do açaí (Euterpe oleracea, Mart.) Boletim Técnico do Instituto Agronômico do Norte, Belém - PA, Brasil, 31, pp. 109-111, 1956.

[9]. PRADO, G., Em busca da energia ecológica. Correio Braziliense Economia/Relacionamento. 05/08/2001.

[10]. GOMIDE, R. Estequiometria Industrial. 2 ed.. São Paulo, 1984.

[11]. IBP/ABNT. Método de Ensaio para a determinação do Poder Calorífico em Produtos Líquidos de Petróleo.

[12]. Briquetes no Brasil. Aproveitamento Energéticos de resíduos de madeira e florestais na forma de briquetes. In: http://infoener.iee.usp.br/scripts/biomassa/br_briquete.asp