UFES - Dissertações
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Item Biocarvões de palha de café e casca de eucalipto produzidos a 350 e 600 °C como condicionadores do solo(Universidade Federal do Espírito Santo, 2017-02-23) Silva, Ronaldo Willian da; Passos, Renato RibeiroA matéria orgânica do solo (MOS) é de grande importância na formação e manutenção de propriedades químicas, físicas e biológicas dos solos tropicais e, contribui com até 80 % de sua capacidade de troca catiônica. No entanto, em regiões tropicais, a taxa de mineralização da MOS atinge altos níveis devido a altas temperaturas, umidade e a atividade microbiana, reduzindo sua quantidade nos solos. Uma alternativa para a manutenção da MOS é a utilização de biocarvão, produto da decomposição térmica de materiais orgânicos sob baixa concentração de oxigênio e em temperaturas controladas. O biocarvão é mais resistente à degradação biológica é indicado como alternativa promissora para armazenar carbono no solo por longo tempo. Além disso, sua presença no solo pode aumentar o pH, CTC, nutrientes, retenção de água, atividade biológica do solo e o rendimento das culturas. No entanto, as características e benefícios do biocarvão estão associados com a temperatura de pirólise e a matéria prima utilizada para o seu processamento. Neste sentido, com o objetivo de avaliar o potencial de biocarvões de palha de café (PC) e casca de eucalipto (CE) produzidos a 350 e 600 oC como condicionadores do solo, realizaram-se dois experimentos de incubação em ambiente com temperatura controlada a 25 oC. O primeiro experimento visou avaliar a influência dos biocarvões associado ao calcário, sobre o pH e cargas negativas do solo. Os tratamentos foram compostos por biocarvões produzidos a partir de PC e CE, duas temperaturas finais de pirólise 350 e 600 oC, quatro doses de biocarvão 5, 10, 15 e 20 t ha -1 , cinco doses de CaCO3 0, 0.55, 1.1, 2.2 e 3.3 t ha -1 e um tratamento adicional sem adição de biocarvão. O segundo experimento teve como objetivo avaliar os efeitos do uso dos biocarvões nas propriedades químicas do solo. Os tratamentos foram compostos por biocarvões produzidos a partir de PC e CE, duas temperaturas finais de pirólise 350 e 600 oC, quatro doses de biocarvão 5, 10, 15 e 20 t ha -1 , um tratamento adicional sem adição de biocarvão e sete épocas de avaliação 0, 7, 15, 30, 60, 90 e 120 dias após a incubação. Os resultados experimentais mostram que biocarvões de PC promovem maior elevação do pH do solo. Biocarvões produzidos a 600 oC proporcionaram maior elevação do pH do solo em relação à biocarvões produzidos a 300 oC. O efeito neutralizante da acidez pelos biocarvões se deu na seguinte ordem crescente: CE350; PC350; CE600 e PC600, apresentando elevação no pH do solo quando comparado ao tratamento controle de 1,26; 1,46; 1,61 e 1,71 unidades respectivamente. O pH do solo foi elevado com o aumento da dose de aplicação de biocarvão. A associação de doses de biocarvão com CaCO 3 apresentou interação positiva no aumento do pH do solo. No entanto, o uso em conjunto do corretivo e o condicionador, em doses mais altas elevou o pH do solo além da faixa de pH ideal para a maioria das culturas (5,5 – 6,0). Biocarvões proporcionaram maior carga liquida negativa do solo. Esse efeito foi maior com o uso de biocarvões de PC, e potencializado com elevação da temperatura de pirólise para 600 °C. Os biocarvões de PC proporcionaram maiores teores de P, K, Mg e maior capacidade de troca de cátions (CTC). Os tratamentos com biocarvões de CE se destacaram pela maior concentração de Ca, em média, os teores de Ca no solo foram acrescidos em 5,9 e 19,4 % para as temperaturas de 350 e 600 oC respectivamente comparando aos biocarvões de PC nas mesmas temperaturas. Tratamentos com biocarvões produzidos em maior temperatura de pirólise (600 oC) apresentaram maiores valores de Ca e CTC para ambos os biocarvões e, maior concentração de K com uso do biocarvão de PC. O aumento da dose de biocarvão proporcionou maior concentração de nutrientes e CTC independente do material de origem e temperatura de pirólise. Já o aumento do tempo de incubação causou redução, para todos os tratamentos, nas concentrações de nutrientes, exceto o Ca e CTC do solo.Item Caracterização de biocarvões de palha de café e casca de eucalipto produzidos a 350 e 600 °C(Universidade Federal do Espírito Santo, 2016-08-31) Barbosa, Cristiane Francisca; Passos, Renato RibeiroBiocarvão é o produto da decomposição térmica de materiais orgânicos sob baixa concentração de oxigênio e em temperaturas controladas. Os benefícios agronômicos e ambientais do seu uso estão associados a temperatura de pirólise e a matéria prima utilizada para o seu processamento. Este estudo teve por objetivo avaliar a influência da matéria prima e da temperatura de pirólise na caracterização final do produto e nas alterações de suas características químicas e físicas. Para isso, os biocarvões foram provenientes de duas temperaturas (350 °C e 600 °C) e dois resíduos (palha de café - PC e casca de eucalipto - CE). O processo de pirólise lenta foi realizado em um reator metálico de leito fixo hermeticamente fechado, com tempo de permanência do material na temperatura final de 60 minutos. Os rendimentos em biocarvão, bio-óleo e gases foram quantificados e nos biocarvões foram determinados: os teores elementares de carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e oxigênio (O), pH, capacidade de troca catiônica (CTC), teor de cinzas (Cz) e de nutrientes (Ca, Mg, K e P). As mudanças morfológicas decorrentes do processo de pirólise foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Determinou-se a densidade aparente (Da) pelo método da proveta, e a capacidade de retenção de água dos biocarvões a (- 33kPa) em extrator de placa porosa. Os resultados experimentais mostraram que a pirólise da CE a temperatura de 350 °C proporcionou maior rendimento em biocarvão. O tipo de matéria prima não influenciou os teores de C dos biocarvões, apenas os teores de H, O e N. Biocarvões obtidos da PC apresentaram maiores teores de Mg, P e K, maior CTC e pH mais alcalino. Biocarvões de CE apresentaram maiores teores de Ca e cinzas. A pirólise a 600 °C obteve biocarvões com maior relação C/N, menores teores de H, N e O, menor CTC, maior teor de cinzas e nutrientes, pH mais alcalino e maior aromaticidade. A análise de espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) evidenciou uma diminuição de grupos funcionais e aumento de grupos aromáticos com a elevação da temperatura. As micrografias de MEV demonstraram que os biocarvões obtidos a 600 °C apresentaram poros mais desenvolvidos, com menor espessura da parede e maior desarranjo strutural. A densidade dos biocarvões variou em função da matéria prima utilizada, os biocarvões de CE apresentaram maior densidade, em relação aos de PC.Item 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 SilvaA 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.Item 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 SilvaNo 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.Item Determinação da cinética de reação e condições operacionais da pirólise da casca de café em leito fixo(Universidade Federal do Espírito Santo, 2018-03-20) Lima, Mariana de Jesus; Lira, Taisa Shimosakai deA atual situação dos recursos energéticos mundiais vem contribuindo para o enfoque em pesquisas e testes que utilizam a energia presente na biomassa lignocelulósica para ser convertida em combustíveis tanto líquidos, gasosos ou sólidos. Os resíduos agrícolas se destacam pela quantidade que são gerados em países agroindustriais como o Brasil. Neste trabalho, foi avaliada a casca de café como resíduo agroindustrial para geração de energia através do processo de pirólise, estimando a energia de ativação como principal parâmetro cinético através de dados termogravimétricos. A casca de café foi caracterizada por meio de análise imediata, elementar, lignocelulósica, poder calorífico, fluorescência de raios X e espectroscopia vibracional por infravermelho. A reação de pirólise foi realizada a fim de se analisar as condições operacionais do processo, além da caracterização do produto líquido por CG/MS. Foi determinado por análise termogravimétrica o intervalo de temperatura mais apropriado para a pirólise da casca de café (673 – 773 K) e através dos modelos cinéticos, que descreveram o processo de reação de pirólise de forma satisfatória, foi possível determinar a energia de ativação para a casca de café (124,10 – 133,27 kJ/mol). A biomassa foi submetida por um processo de conversão térmica, mais precisamente pirólise convencional em leito fixo, para análise de parâmetros como temperatura e diâmetro médio, em que se destacou a influência da temperatura neste processo. Através da caracterização do produto da fração líquida obtida, foi possível identificar, em sua maioria, compostos fenólicos e cafeína. A possibilidade de formar produtos químicos com utilidades diversificadas e de alto valor agregado, torna a pirólise uma das mais promissoras tecnologias de conversão térmica. O poder calorífico obtido, 18,17 kJ/g, assim como resultados de análise elementar e análise imediata, mostram que esta biomassa possui um potencial para utilização como fonte energética.