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Título: Potencialidades para o aproveitamento de biomassa de casca de café robusta para a geração de energia
Autor(es): Dal-Bó, Vanessa
Orientador: Arrieche, Leonardo da Silva
Coorientador: Lira, Taisa Shimosakai de
Data do documento: 2-Ago-2016
Citação: DAL-BÓ, Vanessa. Potencialidades para o aproveitamento de biomassa de casca de café robusta para a geração de energia. 2016. 109 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, São Mateus, 2016.
Resumo: No Brasil, a região norte do Espírito Santo destaca-se como a principal produtora de café robusta. Durante o processamento do café em coco, gera-se cerca de 50% de cascas, que na maioria das vezes são descartadas de forma inadequada. Este trabalho teve como objetivo elaborar a síntese estrutural do aproveitamento tecnológico da casca do café para a obtenção de energia, por meio dos métodos heurísticos e evolutivos. Primeiramente, foi realizado a síntese estrutural para a geração de energia, através de árvores de estado. Em seguida foi realizada a analise experimental da casca do café, por meio de caracterização, secagem e combustão da biomassa. Para a caracterização, foram determinados o teor de água, matéria volátil, cinzas e carbono fixo, além do poder calorífico, densidade e granulometria. A cinética de secagem da casca do café foi realizada em camada fina, por meio de um secador convectivo com fluxo de ar paralelo. Foi elaborado um planejamento fatorial para o estudo do efeito da temperatura (50 à 80° C) e da velocidade (0,5 à 2,5 m/s) sobre a umidade. Foram analisados os modelos semi-empíricos de Lewis, Brooker, Henderson, Page e Overhults, para determinar uma equação que melhor representasse a cinética de secagem. Para a combustão, foram monitoradas, durante os ensaios, as emissões de gases poluentes, como monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Para a otimização estrutural, foram aplicados o método heurístico, para a identificação do fluxograma base, e o método evolutivo, para determinar os vizinhos estruturais. A árvore de estados foi dividida em quatro rotas tecnológicas, biodigestão anaeróbia, combustão direta, gaseificação e pirólise. O processo de biodigestão foi estruturado em cinco subsistemas e 36 ramos, o de combustão em oito subsistemas e 936 fluxogramas, o de gaseificação e pirólise em oito subsistemas e 1404 ramos cada. A caracterização do material indicou elevado potencial energético e foi útil para definir o fluxograma de recuperação energética. O estudo de secagem foi importante para avaliar os parâmetros e foi útil para elaborar as regras heurísticas. A combustão, nas condições utilizadas, precisa de maiores estudo para a sua aplicação efetiva, visto que as emissões gasosas ultrapassaram os limites estabelecidos pelo CONAMA. Com base nas regras heurísticas, o estudo apontou o fluxograma-base de número 1303, que compõe o processamento por via seca, moinhos finos, sem secagem, briquetagem, pirólise em leito fluidizado circulante, com integração energética, precedido de geração a combustível como promissor para a utilização da palha do café. Pelo método evolutivo identificaram-se onze vizinhos estruturais. Este estudo contribui para o desenvolvimento sustentável e incentiva o aperfeiçoamento de novas tecnologias para o aproveitamento de biomassa.
In Brazil, the northern region of the State of Espírito Santo is the main coffee production area (Coffee robusta). The processing of coffee beans generates around 50% in mass of husks, which most often are improperly disposed. The objective of this work was to optimize the technological use of the coffee husk for obtaining energy based on heuristic and evolutionary methods. The structural synthesis for power generation through states tree resulted in 3,780 plausible flowcharts to be analyzed including four technological routes (anaerobic digestion, direct combustion, gasification and pyrolysis). Experimental results helped to define the flowchart embryo in the process. Statistical analysis for the characterization results of biomass proved, by Tukey test at 95% confidence, that there were significant differences between the analyzed samples for the density, moisture content, fixed carbon and higher calorific value. Besides the characterization husk particle size analysis identified the model that best fit the data, and the RRB (Rosin, Rammler and Bennet) and GGS (Gates, Gaudin and Schumann) for from husk processing via dry and wet respectively, and the diameter Average Sauter was 2.69 mm and 1.24 mm. The drying testes were carried out in a convective dryer with parallel and following a factorial design in order to evaluate the effect of temperature and speed on the moisture. Among the models semi-empirical applied the model that better represented the experimental data was of Overhults, confirmed by technical breakdown rival models, from the non-linearity measures. The drying study was important to evaluate the parameters and was helpful in creating the heuristic rules. During the combustion tests, were monitored the emissions of carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides and hydrocarbons. However, more studies are needed for the effective implementation of combustion, since the gaseous emissions exceed the limits established by CONAMA’s norm. The application of heuristic rules allowed define the route of pyrolysis as promising for energy application of the coffee husks. The application of the evolutionary method generated eleven structural neighbors. This study can contribute to sustainable development and promote the development of new technologies for the energetic use of biomass.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/8424
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