UFES - Dissertações

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Potencialidades para o aproveitamento de biomassa de casca de café robusta para a geração de energia
(Universidade Federal do Espírito Santo, 2016-08-02) Dal-bó, Vanessa; Arrieche, Leonardo da Silva
No Brasil, a região norte do Espírito Santo destaca-se como a principal produtora de café robusta. Durante o processamento do café, gera-se cerca de 50% de cascas, que na maioria das vezes são descartadas de forma inadequada. O objetivo deste trabalho foi estudar a otimização do aproveitamento tecnológico da casca do café robusta para a obtenção de energia, por meio dos métodos heurístico e evolutivo. A síntese estrutural para a geração de energia, por meio de árvores de estados resultou em 3780 fluxogramas plausíveis a serem analisados, para as quatro rotas tecnológicas abordadas (biodigestão anaeróbia, combustão direta, gaseificação e pirólise). Estudos experimentais com a casca do café robusta permitiram identificar algumas características fundamentais para a definição do fluxograma embrião ao processo. A análise estatística para os ensaios de caracterização das biomassas comprovou, pelo teste de Tukey a 95% de confiança, que houve diferenças significativas entre as amostras analisadas para a massa específica, teor de umidade, carbono fixo e poder calorífico superior. A caracterização do material indicou elevado potencial energético e foi útil para definir o fluxograma de recuperação energética. A análise granulométrica permitiu identificar o modelo que melhor se ajustou aos dados, sendo o RRB (Rosin, Rammler e Bennet) e GGS (Gates, Gaudin e Schumann) para a casca proveniente do processamento via seca e via úmida, respectivamente, e o diâmetro médio de Sauter foi de 2,69 mm e 1,24 mm. 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 e da velocidade sobre a umidade. Foram analisados modelos semi-empíricos para determinar uma equação que melhor representasse a cinética de secagem. O modelo de Overhults apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, comprovado pela técnica da discriminação de modelos rivais, a partir das medidas de não linearidade. O estudo de secagem foi importante para avaliar os parâmetros e foi útil para elaborar as regras heurísticas. 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. Porém, mais estudos são necessários para a aplicação efetiva da combustão, visto que as emissões gasosas ultrapassaram os limites estabelecidos pelo conselho nacional do meio ambiente – CONAMA. A aplicação das regras heurísticas permitiu definir a rota de pirólise como promissora para a aplicação energética da casca do café. Pelo método evolutivo identificaram-se onze vizinhos estruturais. Este estudo pode contribuir para o desenvolvimento sustentável e promover o aperfeiçoamento de novas tecnologias para o aproveitamento de biomassa.
Rotas de aproveitamento tecnológico de resíduo orgânico agrícola: casca de coco, casca de cacau e casca de café - destinadas à geração de energia
(Universidade Federal do Espírito Santo, 2014-03-06) Batista, Renato Rocha; Arrieche, Leonardo da Silva
A avaliabilidade de resíduos agrícolas para geração de bioenergia vem se destacar como interesse recente por parte do setor de agroenergia. Para essa finalidade, esse trabalho de dissertação realiza-se um estudo bibliográfico de caracterização de resíduos da casca do cacau, coco e café; para adequação às tecnologias de biodigestão anaeróbia, pirólise e combustão direta. Avalia-se as possibilidades de rotas tecnológicas para a transformação do potencial energético inerente à composição dos resíduos de fruta em energia elétrica. O objetivo é direcionado à síntese estrutural de processos químicos pela representação do problema por meio de árvores de estado. A partir da combinação dos elementos de estudo envolvidos: resíduos frutíferos, tecnologias de beneficiamento da biomassa e tecnologias de conversão química; são propostas as possibilidades de rotas tecnológicas para composição dos ramos das árvores de estado. A etapa de otimização estrutural é direcionada à aplicação do método heurístico em relação ao problema de síntese. Dessa forma, é selecionada a rota tecnológica mais promissora de aproveitamento energético de cada resíduo. Como resultado, a biodigestão anaeróbia em reator do tipo batelada se mostrou a rota química mais promissora para o resíduo da casca de cacau. Para o resíduo da casca de coco, a rota química adequada foi a combustão direta, realizada em caldeira de grelha fixa; e para o resíduo da casca de café, a rota de conversão termoquímica do tipo pirólise precedida de peletização se mostrou mais promissora. Como contribuição, cabe destacar a possibilidade de valoração energética de resíduos frutíferos até então considerados inúteis para o setor energético. A representação do problema pela sistemática de árvores de estado e posterior resolução pela aplicação de regras heurísticas demonstra a originalidade do trabalho proposto.