Utilização de resíduos de cacau para a produção de energia no Estado doPará

Simone de Aviz CardosoBolsista 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

Ivete Texeira da SilvaDepartamento de Engenharia Mecânica – Programa de Pós-Graduação, Universidade Federal do Pará

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Brígida Ramati Pereira Rocha.Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação, Universidade Federal do Pará

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Isa Maria Oliveira da SilvaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação/ Departamento de Meteorologia

UFPA66.075-900 Belém-PA tel.: (091) 211-2072 fax.: (091) 211-1634

RESUMO

Este estudo avaliou a viabilidade doaproveitamento da casca do cacau como briqueteenergético, a fim de promover um destino rentávelpara os resíduos dessa lavoura.

A viabilidade de uso de briquetes da cascado cacau , ou de qualquer outro resíduo de biomassa,requer a análise de diversos parâmetros na fase deprodução e que influenciarão na qualidade ecomercialização dos mesmos .

As propriedades analisadas neste trabalhoforam o teor de umidade, poder calorífico resultantee a composição química. Resultados mostram que acasca do cacau apresenta as qualidades necessáriaspara a sua comercialização como um combustívelbriqueteado.

ABSTRACT

The cocoa (Theobroma hunts L) it is atropical specie, found in spontaneous way in theinferior stratum of forests, in the humid lowland ofthe Central and South America, that constitutes asetting up culture of the man on earth and highecological, social and economic importance inseveral tropical areas of the world.

The cultivation of the specie reproduce insome aspects, the existent conditions in its nayuralhabitat, because the cocoa lavouras, besidesperennial, manifests characteristics sharplyconservacionistas, what is highly beneficial to themaintenance of the ecological balance in forestareas.

The cacauicultura, in Amazônia, ispracticed in States of Pará, Mato Grosso, Rondôniaand Amazonas, basically, for small and mediumproducers, in areas whose average locates around 10hectares. In the State of Pará are 5.664producers,distribuídos in 47 municipal districts,totalizando an area 5.568 there is, with a productionof 32.000 tons of dry almonds of cocoa. Thatproduction generates great amounts of residues ofthe fruit of the cacaueiro that are abandoned in theplantations and just used as fertilizers for thecacueiro, procedure that can degrade the structure ofthe soil, could spread plagues that end up requestingthe need and use of chemical products.

This study evaluated the viability of the useof the peel of the cocoa as energy briquete, in orderto promote a profitable destiny for the residues ofthat lavoura.

The viability of usode briquetes of the peelof the cocoa, oude any other biomassa residue,

Figura 2- Briqueteshttp://www.briquetesaocarlos.com.br/produtobriquete.htm

requests the analysis of several parameters in theproduction phase and that will influence in thequality and commercialization of the same ones.

The properties analyzed in this work werethe umidadde text, cannot calorific resultant and thechemical composition. Results show that the peel ofthe cocoa presents the qualities nacessárias for itscommercialization as a combustible br

INTRODUÇÃO

O cacau (Theobroma caco L) é uma espécietropical, encontrada de forma espontânea no estratoinferior de florestas , nas planícies úmidas daAmérica do Sul e Central, que constitui uma culturafixadora do homem á terra e de elevada importânciaecológica,social e econômica,em diversas regiõestropicais do mundo.

O cultivo da espécie reproduz,em algunsaspectos,as condições existentes em seu habitatnatural,pois as lavouras de cacau, além de perenes,manifestam características nitidamenteconservacionistas, o que é altamente benéfico àmanutenção do equilíbrio ecológico em áreasflorestais.

A cacauicultura, na Amazônia, é praticadanos Estados do Pará, Mato Grosso,Rondônia eAmazonas, basicamente, por pequenos e médiosprodutores,em áreas cuja média situa-se em torno de10 hectares. No Estado do Pará são 5.664produtores,distribuídos em 47 municípios,totalizando uma área 5.568 há, com uma produçãode 32.000 toneladas de amêndoas secas de cacau .Essa produção gera grandes quantidades de resíduosda fruta do cacaueiro que são abandonados nasplantações e utilizados apenas como fertilizantespara o cacaueiro, procedimento que pode degradar aestrutura do solo, podendo propagar pragas queacabam requerendo a necessidade e uso de produtosquímicos.

O Estado do Pará é o segundo maiorprodutor de cacau do Brasil, perdendo somente para

a Bahia. As previsões para este ano são de nomínimo 35 mil toneladas de amêndoas.O municípiode Medicelândia , na região da Transamazônica ,éresponsável por 60% da produção de cacau doEstado do Pará.

TRANSFORMAR RESÍDUOS EMBRIQUETES, POR QUÊ?

O interesse na coleta de resíduos de ceifapara gerar energia existe há vários anos [1]. Aenergia necessária para coletar e processar resíduosde biomassa é menor que a energia gerada peloresíduo [2]. Atualmente, a biomassa está sendorelacionada como uma fonte de energia que virá àsubstituir os combustíveis fósseis que estão cada vezmais escassos e como uma forma de armazenarcarbono [3]. A bioenergia é uma fonte promissora ,pois contribuirá com o ciclo do carbono na Biótica,portanto muito importante no controle de gases deefeito estufa na atmosfera [4], questão esta muitoimportante ecologicamente.Como as atividadesagrícolas constituem uma forma de fixar o homem àterra, a produção de resíduos de biomassa para ageração de energia contribui para o desenvolvimentode riquezas locais.

As sementes do cacaueiro , matéria-primado chocolate, são exportadas para as indústrias doSul do país e Bahia. Contudo, não agrega-se valoraos resíduos do fruto para o desenvolvimento doPará, e acabam sendo abandonados nas lavouras. Aprodução de cacau (theobroma cacao l.) no Estadodo Pará mostra que este estar apto à explorar esterecurso na geração de energia em localidadesisoladas produtoras deste fruto, e assim tornarmelhor as condições sócio-econômicas das regiõesprodutoras de cacau.

Utilizar briquete, combustível sólido quepode 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 formamodelada, conforme a utilização, pode ser a melhormaneira de se agregar valor e resolver problemasenergéticos locais.em vista da facilidade de

Fonte: http://www.ceplac.gov.br/culturadocacau.htmFigura1.Fruto do cacaueiro

comercialização desta forma de combustível.Estudos preliminares sobre as propriedades

físicas e químicas da matéria-prima básica dosbriquetes, devem ser realizados, a fim de se terpreliminares do comportamento do produto(briquete). Foram realizados análises daspropriedades físicas e químicas da casca do cacau.

As propriedades físicas analisadas foram ocomportamento de secagem e o poder calorífico dacasca do cacau.

SECAGEMA umidade determinada pela secagem

representa a quantidade de água retidamecanicamente pelo combustível e que influencia demaneira decrescente no valor do poder calorífico.

PODER CALORÍFICOO poder calorífico é uma quantidade bem

definida de energia que é que é a propriedade maisimportante dos combustíveis. Ao queimar , todocombustível libera parcialmente utilizada em algumprocesso. Essa propriedade dos combustíveis édefinida como poder calorífico [5]. Entretanto hádois tipos de poder calorífico que podem serdeterminados: o poder calorífico superior e oinferior.

O poder calorífico superior (potênciacalorífica total ou poder absoluto) é quantidade deenergia interna contida num combustível, quandotoda a água líquida contida no combustível mais aque resulta da combustão, estão condensadas.Enquanto, o inferior (potência calorífica útil), é aquantidade de energia interna de um combustível,porém com a água no estado de vapor. Entretanto,será estudado somente o poder calorífico superiordas amostras.

FINALIDADE PRINCIPAL DOPODER CALORÍFICO

A principal finalidade de se determinar opoder calorífico dos combustíveis é avaliar apotência calorífica destes para a geração de energiaa partir do processo de combustão. Os balanços deenergia pelo poder calorífico constituem“ferramenta “ de grande utilidade para o estudo dasinstalações de combustão em funcionamento [5] eagregação de valor comercial.

COMPOSIÇÃO

A composição do combustível tem impactono comportamento da combustão relacionado áinfluência do conteúdo das cinzas, na formação deemissões e ligante necessário para a elaboração dosbriquetes. As análises químicas constituemelementos essenciais para a realização dos balançosmateriais, que visam determinar, ao lado de outrascaracterísticas da operação, as quantidades de

combustíveis, ar e resíduos envolvidos no processode combustão. Essas análises podem ser de doistipos: análise elementar e análise imediata A analiseelementar consistiu em quantificar :carbono,nitrogênio(azoto), enxôfre e demais elementos queconstituem o combustível.

A análise imediata , se ateve em quantificarcarbono fixo (CF), umidade (U) ,matéria volátil(MV) e cinzas (Z) conformes as técnicaslaboratoriais apropriadas. A cinza (Z) é uma variávelque engloba todos os constituintes minerais doscombustíveis.A matéria volátil (MV) corresponde àperda de peso devido aos componentes voláteispresente no combustível. Carbono fixo (CF) é ocarbono que permanece no combustível após aeliminação da matéria volátil, se constituibasicamente de carbono puro.

É muito importante o simplesconhecimentos destas análises, porque permitemmuitas vezes realizar o estudo completo do processode combustão para um dimensionamento técnicofuturo.

OBJETIVOS

Os objetivos destes trabalho foram:1.Determinar o teor de umidade em

diferentes amostras de frutos de localidadesdistintas;

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-PRIMACascas de cacau de diferentes localidades

da região transamazônica foram utilizadas para arealização dos testes ,com o propósito de se obterresultados médios da casca do cacau e analisaralgumas 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 feitasem uma estufa com quatro tipos diferentes damesma amostra pelo método da estufa à vácuo daseguinte maneira: amostras com variadas massasforam expostas a temperatura de 103ºC e vácuo de757mmHg até peso constante em uma estufa àvácuo.

Fonte: http://www.jetm.hidromet.com.br/estufaFigura 3: Estufa para secagem das cascas de cacau

3. DETERMINAÇÃO DO PODERCALORÍFICO:

Material utilizado:Amostras: cascas de cacau;Bomba calorimétrica;Recipiente da bomba;Banho externo;Termômetro digital;Acessórios.

O método de ensaio para a determinação dopoder calorífico de combustíveis foi o método dabomba calorimétrica conforme a norma PMB4541968 ABNT.

Procedimento:

O poder calorífico foi determinado nestemétodo pela queima de uma amostra, em umabomba calorimétrica com atmosfera de oxigênio, esob condições determinadas. O poder calorífico foicomputado a partir das observações de temperaturaefetuados antes, durante e após a combustão com as

tolerâncias permissíveis para as correçõestermoquímicas e de transferência de calor. Foiutilizado o método do calorimétrico isotérmico.

4.ANÁLISE QUÍMICA (ELEMENTAR EIMEDIATA)

Essas análises ainda estão sendo realizadase serão seguidas conforme as normas doINSTITUTO ADOLFO LUTZ [6], que é específicopara a análise de alimentos, e devido osprocedimentos serem de fácil acesso e variados. Sãoas seguintes: quantificação dos teores de carbono,azoto (nitrogênio), enxofre, carbono fixo, materialvolátil e cinzas. Embora, essa análise, deva realizar-se segundo técnicas convencionalmentenormalizadas, que são recomendadas pelo UnitedStates Bureau of Mines, para análise industrial deum combustível.

1.CinzasÉ obtido por aquecimento De uma

quantidade conhecida da amostra em temperaturapróxima a 550-5700C.

2.Matéria volátilE determinado pelo aquecimento da

amostra seca , durante 7 minutos a 9500C e aoabrigo do ar. A perda de peso corresponde aoscomponentes volátis presentes na amostra .

3.HidrogênioO teor de hidrogênio nas amostras será

estimado com o uso de uma fórmula empíricaproposta por Seyler a partir da porcentagem dematéria volátil na amostra.

%H= 10.72 + 2.43log10(MV)

MV é a porcentagem de matéria volátil na amostra eisenta de cinza.

4.EnxofreO teor de enxofre é determinado pela

titulação com solução padrão de Hidróxido de Sódio

5.NitrogênioÉ determinado pela titulação , com solução

padrão de Hidróxido de Sódio, do material coletadoda bomba calorimétrica.

6.Carbono fixoSerá determinado através dos valores do

teor da umidade, da matéria volátil e da cinza daamostra

Figura 4. Procedimento de secagem

Figura 5: Bancada para a medição do Poder Calorífico

RESULTADOS

1.SECAGEMO teor de umidade médio verificado nas

amostras foi aproximadamente igual a 12%.

2.PODER CALORÍFICOO poder calorífico médio estimado das

amostras foi igual a 2500 Kcal/Kg

3.COMPOSIÇÃO QUÍMICAA composição das amostras ainda está

sendo realizada.

CONCLUSÃOEstas análises preliminares mostram que o

teor de umidade da casca do cacau estar de acordocom os valores determinados por [7] e [8], o quemostra ser um bom valor, pois sua influencia nopoder calorífico foi pequena. Com a finalização dasanálises químicas teremos condições de fazermosavaliações finais.

Com esses valores da secagem e do podercalorífico da casca do cacau já podemos fazer boasestimativas da capacidade de se utilizar este resíduocomo combustível briqueteado. Com a finalizaçãodas análises materiais teremos todos os parâmetrosnecessários, para fazermos as avaliações finais dapotencialidade deste resíduo como combustível, eportanto, importante na agregação de valor a esteresíduo, e assim promover o desenvolvimento dasregiões produtoras de cacau

PALAVRAS CHAVES

Cacau, casca de cacau, combustível, podercalorífico, umidade e composição química

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq e a SECTAM, por terempatrocinado o projeto e às pesquisas realizadas

Mais uma vez ao CNPq, Simone de AvizCardoso, um dos autores, é bolsista de iniciaçãocientífica e realizou este trabalho dentro do plano detrabalho a que a bolsa se refere.

Aos amigos Hunberto Monteiro, ViniciusLima, Bruno Reis, Leonardo Rodrigues eLuis Lessa,componentes do projeto Enerbio.

Aos professores doutores FranciscoAssunção e Roberto Neves, dos departamentos deQuímica 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.