CARACTERIZAÇÃO DE BRIQUETES OBTIDOS COM RESÍDUOS DA AGROINDÚSTRIA

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1 289 ISSN CARACTERIZAÇÃO DE BRIQUETES OBTIDOS COM RESÍDUOS DA AGROINDÚSTRIA Mikele Cândida Sousa Sant Anna 1, Danilo Francisco Corrêa Lopes 2, João Bosco Ribeiro Carvalho 3, Gabriel Francisco da Silva 4 RESUMO O avanço na procura por produtos de preparo rápido fez surgir a área da industrialização de frutas e, como consequência imediata deste fato, o aumento na produção de lixo orgânico, descartado geralmente em locais impróprios provocando inúmeros problemas para o meio ambiente e para as populações próximas a esses locais. O presente trabalho descreve a obtenção de briquetes a partir dos resíduos agroindustriais. Para a fabricação dos briquetes foi necessário realizar a secagem dos resíduos por 12h em um secador de bandeja elétrico, a biomassa foi triturada e realizada a mistura com o aglutinante (glicerina bruta) nas proporções de 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30%. Foram realizadas as análises de poder calorífico superior e análise química imediata. A partir da análise de poder calorífico superior foi possível verificar que os combustíveis sólidos analisados obtiveram resultados satisfatórios superiores aos da média geral de combustíveis sólidos de origem vegetal (15,7MJ/kg). Palavras-chave: Resíduos agroindustriais, briquetes, energia e sustentabilidade CHARACTERIZATION OF BRIQUETTES OBTAINED FROM AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES ABSTRACT The increased demand for products of rapid preparation and easy industrialization has contributed towards the advent of fruit industrialization. The immediate consequence of this fact has pointed in the direction of increased organic waste, usually discarded in inappropriate places, causing numerous problems for the environment and for people living around these areas. This paper describes the obtaining of briquettes from agro-industrial residues. For the production of briquettes, it was necessary to dry up the waste for 12 hours in an electric tray dryer. The biomass was chopped and the mixture was made with a binder (crude glycerin) in proportions of5%, 10%, 15%, 20%, 25% and 30%. Analyses were performed for gross calorific value and immediate chemical analysis. From the analysis of higher calorific value, it was possible to verify that the solid fuel produced satisfactory results well above the overall average of the solid fuel of vegetal origin (15.7MJ/kg). Keywords: Agro-industrial residues, briquettes, energy and sustainability Protocolo de 07/12/ Mestranda Engenharia Química, UFS mikelecandida@gmail.com, Av. Marechal Rondon S/N Jardim Rosa Elze, São Cristóvão, Sergipe. 2 Bolsista DTI. Laboratório de Tecnologias Alternativas, UFS danilo.correa.l@hotmail.com, Av. Marechal Rondon S/N Jardim Rosa Elze, São Cristóvão, Sergipe. 3 Doutorando em Engenharia de Processos UNIT carvalho15@hotmail.com, - Avenida Murilo Dantas, 300 Farolândia, Aracaju, Sergipe. 4 Professor Dr. da Universidade Federal de Sergipe UFS. gabriel@ufs.br - Av. Marechal Rondon S/N Jardim Rosa Elze, São Cristóvão, Sergipe

2 290 Caracterização de briquetes obtidos com resíduos da agroindústria Sant Anna et al. INTRODUÇÃO A agroindústria reúne o conjunto de atividades relacionadas à transformação de matérias-primas provenientes da agricultura, pecuária e aquicultura ou silvicultura, em produtos comerciais. Os níveis de transformação variam amplamente em função dos objetivos das empresas e da demanda dos consumidores. Segundo Ibge (2010) a Agroindústria vive um grande momento no cenário nacional, registrando um crescimento de 4,7% em O desenvolvimento de atividades contribui significativamente para o crescimento da indústria de alimentos no Brasil, particularmente as indústrias de polpa de fruta, que apresentaram um aumento significativo da produção. O avanço na procura por produtos de preparo rápido fez surgir a (sem crase) área da industrialização de frutas e como consequência imediata deste fato, o aumento na produção de lixo orgânico, descartado geralmente em locais impróprios, provocando inúmeros problemas para o meio ambiente e para as populações próximas a esses locais. Tais resíduos podem ser utilizados em prol da a produção de fertilizantes, ração animal e geração de energia através da produção de briquetes. Briquetes são produtos de alto poder calorífico obtidos pela compactação dos resíduos de madeira como o pó de serragem e as cascas vegetais. Apresentam forma regular e constituição homogênea; são muito utilizados para a geração de energia. São considerados lenha ou carvão ecológico de alta qualidade feitos a partir da compactação de resíduos lignocelulósicos, sob pressão e temperaturas elevadas (Biomax, 2009; Biomachine, 2009). Além de resíduos de madeira e carvão, outros resíduos podem ser utilizados como, por exemplo, a casca de arroz, palha de milho, sabugo, casca de coco, bagaço de cana, torta e casca de oleaginosas, resíduos em geral. A utilização de briquetes possui as seguintes vantagens: são produzidos em tamanho padrão, espaço de armazenagem reduzido, produto higiênico sem os inconvenientes da lenha, produto 100% reciclado e ecologicamente correto, pois diminuem o desmatamento em razão da sua regularidade térmica manter o calor homogêneo, maior temperatura de chama, menor índice de poluição haja vista que se trata de combustível renovável, que permite o aproveitamento do resíduo das indústrias de base florestal, agroagrícolas, agroalimentares, entre outros de origem vegetal, reduz o impacto negativo sobre as florestas nativas para a retirada de lenha, dispensa guia e reposição florestal junto ao órgão fiscalizador (Biomax,2009; Biomachine, 2009). A viabilidade técnica da produção desse combustível sólido, enquanto fonte renovável é capaz de atender à grande demanda no mundo. É importante ressaltar, ainda, a viabilidade econômica, as questões sobre sustentabilidade e a disponibilidades deste recurso para a geração de energia. Os briquetes podem ser utilizados em diversas empresas que possuam forno ou caldeira para a queima direta, como exemplo: padarias, pizzarias, frigoríficos, olarias e churrascarias. Segundo Melo (2000) a aglomeração manual de finos teve início com o carvão mineral na China e na Inglaterra, com a utilização de ligantes de origem mineral, vegetal e até mesmo animal. A fabricação comercial mecanizada de briquetes de carvão mineral originou-se na França, em Em 1915 foi realizada, pela primeira vez, a briquetagem do carvão vegetal em uma fábrica no Tenesse, EUA, que produzia metanol pela destilação destrutiva da madeira, em que os finos de carvão vegetal, subprodutos do processo, eram briquetados usando-se alcatrão de madeira como aglutinante (Melo, 2000). Este trabalho propõe o estudo de um de briquete gerado a partir da compactação residual da biomassa residual da industrialização de frutas com a glicerina bruta, que foi utilizada como aglutinante e aditivo, potencializando o poder calorífico. O briquete produzido contribui para o menor desgaste ao meio ambiente e um aproveitamento integral da biomassa residual da industrialização de frutas; portanto, um balanço energético favorável é obtido como consequência deste experimento. Parâmetros para avaliação de combustíveis sólidos Para poder determinar a potencialidade de um combustível sólido e, portanto, avaliar se este está sendo utilizado dentro de sua plena capacidade deve-se conhecer, primeiramente, suas características químicas e térmicas fundamentais, ou seja, sua composição imediata e o poder calorífico.

3 Caracterização de briquetes obtidos com resíduos da agroindústria Sant Anna et al.291 Poder calorífico Pode ser definido como a quantidade de energia liberada na forma de calor durante a combustão completa da unidade de massa do combustível, podendo ser medido em kj/kg, kcal/kg, kcal/nm 3 e kj/nm 3. O valor quantitativo deste parâmetro pode variar muito de acordo com o teor de umidade da biomassa. O poder calorífico é a propriedade mais importante de um combustível. Neste trabalho foi avaliado o valor poder calorífico superior (PCS) obtido experimentalmente através de uma bomba calorimétrica adiabática. Composição imediata É o conteúdo em percentagem de massa de carbono fixo (F), voláteis (V), umidade (W) e cinzas (A). Essas análises podem determinar a potencialidade de um combustível e, portanto, avaliar se este está sendo utilizado dentro de sua plena capacidade. MATERIAIS E MÉTODOS As biomassas utilizadas na fabricação dos briquetes foram os resíduos da indústria de frutas provenientes da Maratá Sucos localizada na cidade de Estância, SE. A glicerina bruta utilizada como aglutinante foi adquirida na Usina de Biodiesel da Petrobrás localizada na cidade de Candeias, BA. Os briquetes foram produzidos na empresa privada Elerardo Paraíso Dantas ME, situada na Praça Principal s/n na cidade de Olindina, BA, utilizando-se uma prensa manual Marca SIWAN com capacidade para 40 ton, variando a pressão e o percentual de glicerina. Fabricação dos briquetes Preparo da matéria-prima As biomassas das residuais da industrialização de frutas foram trituradas em um liquidificador e passaram por um processo de secagem durante 12 horas em um secador de bandeja elétrico, reduzindo o teor de umidade da biomassa. A Figura 1 ilustra o secador solar de bandeja. Figura 1- Secador solar de bandeja Processo de mistura dos briquetes Foram realizadas misturas das três biomassas com a glicerina nas proporções de 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30%, como mostra a Tabela 1. Tabela 1. Percentuais de biomassa e glicerina Ensaio Glicerina (% massa) Resíduos (% massa) 1 0% 100% 2 5% 95% 3 10% 90% 4 15% 85% 5 20% 80% 6 25% 75% 7 30% 70% Processo de briquetagem Este processo foi realizado em uma prensa manual na cidade de Olindina, Bahia, juntamente com um equipamento cilindro/pistão, com 4,0 cm de diâmetro e 20,0 cm de altura, fabricado em aço inoxidável, conforme a Figura 2. O princípio de funcionamento é o do pistão-matriz, em que a força passa do pistão ao briquete. O pistão serve como ferramenta de pressão com a função de pressionar o briquete no cilindro (matriz). A mistura de glicerina e resíduos foi então compactada e transformada em briquete.

4 292 Caracterização de briquetes obtidos com resíduos da agroindústria Sant Anna et al. Figura 2- Molde do briquete Foram colocados 100g da mistura no molde, o qual passou por um processo de compactação responsável pelo aumento da densidade na mistura do resíduo e da glicerina. As misturas foram prensadas com a carga 15 toneladas. Os briquetes foram produzidos variando o percentual em massa de resíduos e de aglutinante (glicerina). Caracterização dos briquetes Composição imediata As análises de caracterização foram realizadas no Laboratório de Energia de Biomassa da Universidade Federal do Paraná. Para a realização da análise do teor de umidade (W) colocou-se amostra do briquete até atingir peso constante em uma estufa calibrada; conforme a norma NBR 8293 da ABNT, os experimentos foram realizados em triplicata. A análise do teor de voláteis (V) foi realizada conforme a norma NBR 8112 da ABNT, utilizando-se quatro repetições. A análise de cinzas (A) foi realizada conforme a norma NBR 8112 da ABNT, através de quatro repetições. O teor de carbono fixo (F) foi realizado de acordo com a norma NBR 8112 da ABNT, utilizando-se quatro repetições. Os resultados, obtidos em triplicata, não devem diferir na determinação do teor de umidade de 5%, na determinação do teor de matéria volátil de 2%, nem na determinação do teor de cinzas de 10%. (ABNT, 1986). Poder calorífico superior (PCS) As análises foram realizadas pela Fundação de Pesquisas Florestais do Paraná, conveniada com a Universidade Federal do Paraná, de acordo com a norma NBR 8633 da ABNT, utilizando-se duplicata. RESULTADOS E DISCUSSÕES O principal resultado deste trabalho foi a obtenção dos briquetes a partir das biomassas da torta de mamona, torta de girassol e casca de moringa e da glicerina bruta como aglutinante. Para os percentuais de 5%, 10%, 15% e 20% os resultados foram bastante satisfatórios. Briquetes Composição química imediata: Logo após a briquetagem foram realizadas as análises dos briquetes produzidos com teores de aglutinante de 0, 5, 10, 15 e 20%. Os resultados das análises foram satisfatórios e estão ilustrados na Tabela 1. O aumento no teor de glicerina influenciou significativamente a umidade. A umidade corresponde à perda, em peso, sofrida pelo produto quando aquecido em condições na qual a água é removida. Na realidade, não é somente a água a ser removida mas também outras substâncias que volatilizam nessas condições. Tabela1.Resultados da composição imediata Análises água cinzas voláteis carbono fixo Ensaios 0% 5% 10% 15% 20% 10,76 11,88 13,4914,51 15,96 4,26 4,28 4,36 4,31 4,50 74,04 74,16 74,9074,46 75,40 10,94 9,68 7,25 6,72 4,14 A umidade aumenta porque o aglutinante utilizado é a glicerina bruta e esta contém resquícios de água, álcool utilizado para obtenção do biodiesel, ésteres e outros. A Figura 2 ilustra o gráfico da umidade pela concentração de aglutinante. Esta observação é importante porque, quando se avalia um combustível o principal parâmetro a ser levado em consideração é o poder calorífico, e este sofre influência direta com o aumento da umidade.

5 água (%) (%) Caracterização de briquetes obtidos com resíduos da agroindústria Sant Anna et al Curva do água Concentração de aglutinante (%) Figura2. água em função da concentração do aglutinante Os voláteis têm papel importante durante a ignição e as etapas iniciais de combustão de biomassa, determinam os teores referentes à combustão gasosa e a chama. Para Carvalho (2010) o teor de cinzas é a fração que permanece como resíduo após a combustão do carvão vegetal. Ele varia de 0,5% a mais de 5%, dependendo da espécie de combustível sólido e da quantidade de materiais inorgânicos, evidentemente não combustíveis, presentes na amostra. Um bom combustível sólido deve ter um conteúdo de cinzas inferior a 3%. Os combustíveis sólidos analisados obtiveram resultados satisfatórios para o valor do teor de cinzas e a inserção de glicerina não provocou alterações significativas no combustível para o teor de cinzas. O percentual de carbono fixo refere-se à fração de carvão que se queima no estado sólido. Combustíveis com teores mais elevados de carbono fixo são preferíveis porque queimam mais lentamente. O teor é, também, de grande importância para a redução de óxidos de ferro, nos altos fornos de siderurgias. Os teores de carbono fixo permitem caracterizar se o combustível sólido é de boa qualidade para utilização em siderurgia. Os resultados obtidos para os valores de teor de carbono foram satisfatórios. O teor de carbono fixo diminui com a inserção de glicerina bruta. Poder calorífico superior Os resultados da análise do poder calorífico superior estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2 Resultados da análise de poder calorífico superior Ensaios Poder calorífico (MJ/Kg) 0% 18,572 5% 18,160 10% 17,903 15% 17,626 20% 17,213 O poder calorífico diminui quando o percentual de glicerina aumenta, devido ao aumento do teor de umidade. A adição da glicerina à biomassa não representou uma diferença significativa no poder calorífico, demonstrando que as três biomassas podem formar um composto de excelentes propriedades térmicas. A partir da analise de Poder Calorífico Superior foi possível verificar que os combustíveis sólidos analisados obtiveram resultados satisfatórios superiores a média geral de combustíveis sólidos de origem vegetal que segundo Cortez et al (2008) é de 15,7MJ/kg. CONCLUSÕES O presente trabalho mostra os bons resultados para a produção de briquetes utilizando-se a glicerina e a biomassa residual da indústria de polpa de fruta para a produção de energia. No Brasil, o excedente de glicerina gerado pelas indústrias produtoras de biodiesel, cerca de ton/ano, pode ser reduzido com sua inserção para formação de compostos geradores de energia.

6 294 Caracterização de briquetes obtidos com resíduos da agroindústria Sant Anna et al. A produção de briquete utilizando biomassas com a adição de glicerina para produção de energia tende a ser uma das alternativas de consumo deste excedente, que é um dos objetos deste trabalho. Os experimentos realizados com percentuais de 5%, 10% e 15% e 20% de glicerina bruta na biomassa mostraram que o composto formado gerou resultados favoráveis em relação aos aspectos: alto poder calorífico, superior ao do carvão vegetal; boa resistência física; alta densidade; baixa umidade; baixo teor de cinzas; facilidade de armazenamento e transporte. Os briquetes formados podem ser consumidos em diversos seguimentos, desde uma churrasqueira residencial, padarias, pizzarias a grandes setores industriais. Para as grandes indústrias que utilizam a biomassa como fonte de energia. Conclui-se que a formação do composto estudado pode contribuir não só pelos aspectos econômicos e sociais mas também pelos aspectos ambientais. O briquete pode ser fabricado com outros resíduos agroindustriais, a exemplo: de restos de materiais das indústrias madeireiras; bagaço de coco e de cana-de açúcar contribuindo de forma significativa para reduzir as queimadas e o desmatamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT. Carvão Vegetal - Análise Imediata. NBR-8112 (MB1857), Outubro Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT. Carvão mineral - Determinação do poder calorífico superior e do poder calorífico inferior. NBR8633 (MB2063), Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT..Carvão mineral - Determinação de umidade. NBR8293 (MB1893), Cortez, L. A. B.; Lora, E. E. S.; Gómes, E. O. Biomassa para energia. 1.ed.Campinas p. Carvalho, J. B. R. Composto a partir de glicerina e biomassa para produção de energia. UFS/DEQ, p. (Dissertação de mestrado). Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Levantamento Sistemático da Produção Agrícola Disponível no em: indicadores/agropecuaria/. Acesso em 01/ 10/2011. Biomachine. Briquetes. Disponível em:<www. biomachine.com.br/biomachine.asp> acesso 06 Jul Biomax. Briquetes. Disponível em: < > acesso 06 Jul Melo, V. P. S. Produção de briquetes de carvão vegetal com alcatrãode madeira. UFV, (Dissertação de Mestrado).