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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Utilização de resíduos de cacau para a produção de energia no Estado do Pará
Simone de Aviz CardosoI; Ivete Texeira da SilvaII; Brígida Ramati Pereira RochaIII; Isa Maria Oliveira da SilvaIV
IBolsista de Iniciação Científica do Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação UFPA. 66.075-900 Belém-PA tel.: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634
IIDepartamento de Engenharia Mecânica - Programa de Pós-Graduação, Universidade Federal do Pará. 66.075-900 Belém-PA tel.: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634
IIIDepartamento de Engenharia Elétrica e da Computação, Universidade Federal do Pará. 66.075-900 Belém-PA tel.: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634
IVPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação/ Departamento de Meteorologia UFPA. 66.075-900 Belém-PA tel.: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634
RESUMO
Este estudo avaliou a viabilidade do aproveitamento da casca do cacau como briquete energético, a fim de promover um destino rentável para os resíduos dessa lavoura.
A viabilidade de uso de briquetes da casca do cacau , ou de qualquer outro resíduo de biomassa, requer a análise de diversos parâmetros na fase de produção e que influenciarão na qualidade e comercialização dos mesmos .
As propriedades analisadas neste trabalho foram o teor de umidade, poder calorífico resultante e a composição química. Resultados mostram que a casca do cacau apresenta as qualidades necessárias para a sua comercialização como um combustível briqueteado.
Palavras chaves: Cacau, casca de cacau, combustível, poder calorífico, umidade e composição química
ABSTRACT
The cocoa (Theobroma hunts L) it is a tropical specie, found in spontaneous way in the inferior stratum of forests, in the humid lowland of the Central and South America, that constitutes a setting up culture of the man on earth and high ecological, social and economic importance in several tropical areas of the world.
The cultivation of the specie reproduce in some aspects, the existent conditions in its nayural habitat, because the cocoa lavouras, besides perennial, manifests characteristics sharply conservacionistas, what is highly beneficial to the maintenance of the ecological balance in forest areas.
The cacauicultura, in Amazônia, is practiced in States of Pará, Mato Grosso, Rondônia and Amazonas, basically, for small and medium producers, in areas whose average locates around 10 hectares. In the State of Pará are 5.664 producers,distribuídos in 47 municipal districts, totalizando an area 5.568 there is, with a production of 32.000 tons of dry almonds of cocoa. That production generates great amounts of residues of the fruit of the cacaueiro that are abandoned in the plantations and just used as fertilizers for the cacueiro, procedure that can degrade the structure of the soil, could spread plagues that end up requesting the need and use of chemical products.
This study evaluated the viability of the use of the peel of the cocoa as energy briquete, in order to promote a profitable destiny for the residues of that lavoura.
The viability of usode briquetes of the peel of the cocoa, oude any other biomassa residue, requests the analysis of several parameters in the production phase and that will influence in the quality and commercialization of the same ones.
The properties analyzed in this work were the umidadde text, cannot calorific resultant and the chemical composition. Results show that the peel of the cocoa presents the qualities nacessárias for its commercialization as a combustible br
INTRODUÇÃO
O cacau (Theobroma caco L) é uma espécie tropical, encontrada de forma espontânea no estrato inferior de florestas , nas planícies úmidas da América do Sul e Central, que constitui uma cultura fixadora do homem á terra e de elevada importância ecológica,social e econômica,em diversas regiões tropicais do mundo.
O cultivo da espécie reproduz,em alguns aspectos,as condições existentes em seu habitat natural,pois as lavouras de cacau, além de perenes, manifestam características nitidamente conservacionistas, o que é altamente benéfico à manutenção do equilíbrio ecológico em áreas florestais.
A cacauicultura, na Amazônia, é praticada nos Estados do Pará, Mato Grosso,Rondônia e Amazonas, basicamente, por pequenos e médios produtores,em áreas cuja média situa-se em torno de 10 hectares. No Estado do Pará são 5.664 produtores,distribuídos em 47 municípios, totalizando uma área 5.568 há, com uma produção de 32.000 toneladas de amêndoas secas de cacau . Essa produção gera grandes quantidades de resíduos da fruta do cacaueiro que são abandonados nas plantações e utilizados apenas como fertilizantes para o cacaueiro, procedimento que pode degradar a estrutura do solo, podendo propagar pragas que acabam requerendo a necessidade e uso de produtos químicos.
O Estado do Pará é o segundo maior produtor de cacau do Brasil, perdendo somente para a Bahia. As previsões para este ano são de no mínimo 35 mil toneladas de amêndoas.O município de Medicelândia , na região da Transamazônica ,é responsável por 60% da produção de cacau do Estado do Pará.
TRANSFORMAR RESÍDUOS EM BRIQUETES, POR QUÊ?
O interesse na coleta de resíduos de ceifa para gerar energia existe há vários anos [1]. A energia necessária para coletar e processar resíduos de biomassa é menor que a energia gerada pelo resíduo [2]. Atualmente, a biomassa está sendo relacionada como uma fonte de energia que virá à substituir os combustíveis fósseis que estão cada vez mais escassos e como uma forma de armazenar carbono [3]. A bioenergia é uma fonte promissora , pois contribuirá com o ciclo do carbono na Biótica, portanto muito importante no controle de gases de efeito estufa na atmosfera [4], questão esta muito importante ecologicamente.Como as atividades agrícolas constituem uma forma de fixar o homem à terra, a produção de resíduos de biomassa para a geração de energia contribui para o desenvolvimento de riquezas locais.
As sementes do cacaueiro , matéria-prima do chocolate, são exportadas para as indústrias do Sul do país e Bahia. Contudo, não agrega-se valor aos resíduos do fruto para o desenvolvimento do Pará, e acabam sendo abandonados nas lavouras. A produção de cacau (theobroma cacao l.) no Estado do Pará mostra que este estar apto à explorar este recurso na geração de energia em localidades isoladas produtoras deste fruto, e assim tornar melhor as condições sócio-econômicas das regiões produtoras de cacau.
Utilizar briquete, combustível sólido que pode ser de origem vegetal, como mostra a Figura 2 (madeira e carvão vegetal, por exemplo) e mineral (hulha, antracite e lenhite) que se apresenta de forma modelada, conforme a utilização, pode ser a melhor maneira de se agregar valor e resolver problemas energéticos locais.em vista da facilidade de comercialização desta forma de combustível.
Estudos preliminares sobre as propriedades físicas e químicas da matéria-prima básica dos briquetes, devem ser realizados, a fim de se ter preliminares do comportamento do produto (briquete). Foram realizados análises das propriedades físicas e químicas da casca do cacau.
As propriedades físicas analisadas foram o comportamento de secagem e o poder calorífico da casca do cacau.
SECAGEM
A umidade determinada pela secagem representa a quantidade de água retida mecanicamente pelo combustível e que influencia de maneira decrescente no valor do poder calorífico.
PODER CALORÍFICO
O poder calorífico é uma quantidade bem definida de energia que é que é a propriedade mais importante dos combustíveis. Ao queimar , todo combustível libera parcialmente utilizada em algum processo. Essa propriedade dos combustíveis é definida como poder calorífico [5]. Entretanto há dois tipos de poder calorífico que podem ser determinados: o poder calorífico superior e o inferior.
O poder calorífico superior (potência calorífica total ou poder absoluto) é quantidade de energia interna contida num combustível, quando toda a água líquida contida no combustível mais a que resulta da combustão, estão condensadas. Enquanto, o inferior (potência calorífica útil), é a quantidade de energia interna de um combustível, porém com a água no estado de vapor. Entretanto, será estudado somente o poder calorífico superior das amostras.
FINALIDADE PRINCIPAL DO PODER CALORÍFICO
A principal finalidade de se determinar o poder calorífico dos combustíveis é avaliar a potência calorífica destes para a geração de energia a partir do processo de combustão. Os balanços de energia pelo poder calorífico constituem "ferramenta " de grande utilidade para o estudo das instalações de combustão em funcionamento [5] e agregação de valor comercial.
COMPOSIÇÃO
A composição do combustível tem impacto no comportamento da combustão relacionado á influência do conteúdo das cinzas, na formação de emissões e ligante necessário para a elaboração dos briquetes. As análises químicas constituem elementos essenciais para a realização dos balanços materiais, que visam determinar, ao lado de outras características da operação, as quantidades de combustíveis, ar e resíduos envolvidos no processo de combustão. Essas análises podem ser de dois tipos: análise elementar e análise imediata A analise elementar consistiu em quantificar :carbono, nitrogênio(azoto), enxôfre e demais elementos que constituem o combustível.
A análise imediata , se ateve em quantificar carbono fixo (CF), umidade (U) ,matéria volátil (MV) e cinzas (Z) conformes as técnicas laboratoriais apropriadas. A cinza (Z) é uma variável que engloba todos os constituintes minerais dos combustíveis.A matéria volátil (MV) corresponde à perda de peso devido aos componentes voláteis presente no combustível. Carbono fixo (CF) é o carbono que permanece no combustível após a eliminação da matéria volátil, se constitui basicamente de carbono puro.
É muito importante o simples conhecimentos destas análises, porque permitem muitas vezes realizar o estudo completo do processo de combustão para um dimensionamento técnico futuro.
OBJETIVOS
Os objetivos destes trabalho foram:
1.Determinar o teor de umidade em diferentes amostras de frutos de localidades distintas;
2.Medir o poder calorífico das amostras;
3.Analisar a composição dos combustíveis;
4.Avaliar a viabilidade de se utilizar casca de cacau como combustível.
MATERIAIS E MÉTODOS
1.MATÉRIA-PRIMA
Cascas de cacau de diferentes localidades da região transamazônica foram utilizadas para a realização dos testes ,com o propósito de se obter resultados médios da casca do cacau e analisar algumas diferenças entre as distintas amostras. .
2. PROCESSO DE SECAGEM:
Material utilizado:
- Amostra: cascas do fruto do cacau;
- Balança analítica;
- Estufa à vácuo.
Procedimento:
A secagem das cascas do fruto foram feitas em uma estufa com quatro tipos diferentes da mesma amostra pelo método da estufa à vácuo da seguinte maneira: amostras com variadas massas foram expostas a temperatura de 103ºC e vácuo de 757mmHg até peso constante em uma estufa à vácuo.
3. DETERMINAÇÃO DO PODER CALORÍFICO:
Material utilizado:
Amostras: cascas de cacau;
Bomba calorimétrica;
Recipiente da bomba;
Banho externo;
Termômetro digital;
Acessórios.
O método de ensaio para a determinação do poder calorífico de combustíveis foi o método da bomba calorimétrica conforme a norma PMB454 1968 ABNT.
Procedimento:
O poder calorífico foi determinado neste método pela queima de uma amostra, em uma bomba calorimétrica com atmosfera de oxigênio, e sob condições determinadas. O poder calorífico foi computado a partir das observações de temperatura efetuados antes, durante e após a combustão com as tolerâncias permissíveis para as correções termoquímicas e de transferência de calor. Foi utilizado o método do calorimétrico isotérmico.
4.ANÁLISE QUÍMICA (ELEMENTAR E IMEDIATA)
Essas análises ainda estão sendo realizadas e serão seguidas conforme as normas do INSTITUTO ADOLFO LUTZ [6], que é específico para a análise de alimentos, e devido os procedimentos serem de fácil acesso e variados. São as seguintes: quantificação dos teores de carbono, azoto (nitrogênio), enxofre, carbono fixo, material volátil e cinzas. Embora, essa análise, deva realizar-se segundo técnicas convencionalmente normalizadas, que são recomendadas pelo United States Bureau of Mines, para análise industrial de um combustível.
1.Cinzas
É obtido por aquecimento De uma quantidade conhecida da amostra em temperatura próxima a 550-5700C.
2.Matéria volátil
E determinado pelo aquecimento da amostra seca , durante 7 minutos a 9500C e ao abrigo do ar. A perda de peso corresponde aos componentes volátis presentes na amostra .
3.Hidrogênio
O teor de hidrogênio nas amostras será estimado com o uso de uma fórmula empírica proposta por Seyler a partir da porcentagem de matéria volátil na amostra.
%H= 10.72 + 2.43log10(MV)
MV é a porcentagem de matéria volátil na amostra e isenta de cinza.
4.Enxofre
O teor de enxofre é determinado pela titulação com solução padrão de Hidróxido de Sódio
5.Nitrogênio
É determinado pela titulação , com solução padrão de Hidróxido de Sódio, do material coletado da bomba calorimétrica.
6.Carbono fixo
Será determinado através dos valores do teor da umidade, da matéria volátil e da cinza da amostra
RESULTADOS
1.SECAGEM
O teor de umidade médio verificado nas amostras foi aproximadamente igual a 12%.
2.PODER CALORÍFICO
O poder calorífico médio estimado das amostras foi igual a 2500 Kcal/Kg
3.COMPOSIÇÃO QUÍMICA
A composição das amostras ainda está sendo realizada.
CONCLUSÃO
Estas análises preliminares mostram que o teor de umidade da casca do cacau estar de acordo com os valores determinados por [7] e [8], o que mostra ser um bom valor, pois sua influencia no poder calorífico foi pequena. Com a finalização das análises químicas teremos condições de fazermos avaliações finais.
Com esses valores da secagem e do poder calorífico da casca do cacau já podemos fazer boas estimativas da capacidade de se utilizar este resíduo como combustível briqueteado. Com a finalização das análises materiais teremos todos os parâmetros necessários, para fazermos as avaliações finais da potencialidade deste resíduo como combustível, e portanto, importante na agregação de valor a este resíduo, e assim promover o desenvolvimento das regiões produtoras de cacau
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq e a SECTAM, por terem patrocinado o projeto e às pesquisas realizadas
Mais uma vez ao CNPq, Simone de Aviz Cardoso, um dos autores, é bolsista de iniciação científica e realizou este trabalho dentro do plano de trabalho a que a bolsa se refere.
Aos amigos Hunberto Monteiro, Vinicius Lima, Bruno Reis, Leonardo Rodrigues eLuis Lessa, componentes do projeto Enerbio.
Aos professores doutores Francisco Assunção e Roberto Neves, dos departamentos de Química e Engenharia Química da UFPA, respectivamente, pelo apoio.
REFERÊNCIAS
[1]. COATES, Wayne. Using catton plant residue to produce briquettes; BIOMASS & BIOENERGY / elsevier, 2000.
[2]Coxworth E, Coates W, Zuk B, Craig W, Boerma HSRC Technical Report 115.Saskatoon (Saskatchewan, Canadá): Saskatchewan Research Council,1981.
[3]JENKINS BM, SUMMER HR. Harvesting and handling agricultural residues for energy. Trans ASAE 1986;299(3):824-36.
[4]The role of bioenergy in greenhouse gas mitigation. A position paper prepared by IEA Bioenergy task 25. "Greenhouse Gas Balances of Bioenergy Systems". November 1998. FERRÃO, J. E. M. Farinhas de cascas de cacau na alimentação do gado. AGROS: nº 6, volume XL, Lisboa, 1957.
[5]GOMIDE, R. Estequiometria Industrial. 2 ed.. São Paulo, 1984.
[6]INSTITUTO ADOLFO LUTZ, Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz: 2ª ed., 1São Paulo, 1985. Vol.1.
[7]TOWNSEND, C. R.; MAGALHÃES, J. A.; COSTA, N. L.. Utilização de subprodutos e resíduos agrícolas na alimentação de ruminantes.
[8]FERRÀO,J. E. M., Farinhas de cascas de cacau na alimentação do gado.Separata do AGROS, n0 6,Volume XL, Lisboa, 1957.