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Título: Aproveitamento tecnológico da casca do cacau para geração de energia
Autor(es): Santos, Maiquel Moreira Nunes
Orientador: Arrieche, Leonardo da Silva
Coorientador: Meneguelo, Ana Paula
Data do documento: 8-Abr-2016
Citação: SANTOS, Maiquel Moreira Nunes. Aproveitamento tecnológico da casca do cacau para geração de energia. 2016. 96 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: O beneficiamento do cacau tem grande importância social, econômica e ambiental no mundo. O principal resultado esperado do beneficiamento desse fruto é o fornecimento dos ingredientes para a produção de chocolates. Entretanto outro resultado é a geração de resíduos, que ainda não possuem uma destinação adequada. O principal resíduo gerado, em volume, é casca do fruto, pois corresponde a 80% do fruto. Dentre as possibilidades de aproveitamento desse resíduo a conversão energética tem se tornado alvo de estudo, mas a prática ainda é incipiente. Como existem diversas rotas para a conversão energética, torna-se necessário selecionar a melhor tecnologia para a biomassa estudada. Desse modo, o objetivo desse trabalho foi realizar a síntese tecnológica e estrutural do processo de produção de energia elétrica a partir da casca do cacau. Diante da multiplicidade de soluções desse problema, foram utilizados os conceitos da Engenharia de Processos. Com o auxílio de técnicas preconizadas pela Engenharia de Sistemas e a Inteligência Artificial, o problema foi decomposto em subsistemas e representado em árvore de estados. Além disso, foram realizados alguns estudos experimentais a partir de quatro variedades de cacau (TSH 1188, Comum, Catongo e CCN 51): caracterização físico-química da biomassa; cinética de secagem da casca do cacau em secadores do tipo estufa e túnel convectivo; e avaliação do processo de queima da biomassa. Para cada rota tecnológica estudada (Pirólise, Gaseificação, Combustão e Biodigestão) foram gerados os fluxogramas plausíveis e construídas regras heurísticas. Através do método heurístico foi encontrada uma solução próxima à ótima para o projeto em estudo: um fluxograma-base para cada rota tecnológica estudada. Foram geradas 8.400 configurações plausíveis para a produção de energia elétrica via Combustão Direta. A fim de aprimorar a solução existente foram identificados os vizinhos estruturais (menor custo) do fluxograma-base de cada rota tecnológica, como estabelece o Método Evolutivo. Este trabalho contribuiu com a identificação de uma rota promissora para o aproveitamento energético da biomassa do cacau, resultando na geração de mais valor à cadeia do cacau e redução dos impactos ambientais. Além disso, os aprendizados podem também contribuir para o desenvolvimento de novas tecnologias de conversão e para o aproveitamento de diferentes biomassas.
In the current scenary of instability in the energy market, the technological use of the residual biomass appears as a promissing alternative. During the processing of the fruit of cocoa, the waste generated still do not have a proper final destination. Among the several possibilities of use of such residue, the energy conversion requires technological and operational advances. Thus, the objective of this work was the process synthesis of the energy production from the cocoa pod husk, through routes of direct combustion, pyrolysis and gasification. Experimental studies with selected cocoa – TSH 1188, Comum, Catongo e CCN 51 – allowed the definition of some operational process boards. The multiplicity of solutions that can meet this problem, demanded the application of the concepts of Processes Engineering. In accordance with experimental results, cocoa pod husk presented range of high heat value, between 16.79 MJ/kg and 17.26 MJ/kg, indicating good potential for energy use. However, it also presented a range of ash content of between 8.36% and 9.63% and a range of water content between 81,94% and 83,20%, requiring operational modifications. In the Drying kinetics, the Overhultz model presented a higher value on the coefficient of determination (R2 ) and test-t. In step of the synthesis, the combination of different technologies of production resulted in 10.752 flowcharts plausible for each technological route studied. The heuristic search has allowed the determination of only a flowchart that maximizes the energy yield of each route as CMC – BPM – SRD – IE – CBE – LFDB – IE for direct combustion and CMC – BPM – SRD – IE – NC – LFD – IE for pyrolysis and gasification. Based on the flowcharts heuristic obtained, the application of the method evolutionary generated 25 neighbouring flowcharts for each technological route studied. This study allows the design of technologies for full exploitation of the fruit of the cocoa, by means of an innovative approach, contributing to the sustainable development of the chain of cocoa.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/8470
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