AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO APROVEITAMENTO DA CASCA DE COCO VERDE PARA CO-GERAÇÃO DE ENERGIA: UM ESTUDO DE CASO

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1 VLIÇÃO PRELIMINR DO PROVEITMENTO D CSC DE COCO VERDE PR CO-GERÇÃO DE ENERGI: UM ESTUDO DE CSO 1 Maia Tonon Bitti, 1 Hugo Perazzini, 2 Rodolfo Jeú Rodriguez Silvério 1 Bolita de iniciação Científica BITEC/FPES/IEL-ES, dicente do curo de Engenharia Química da Faculdade de racruz FCZ 2 Profeor do Departamento de Engenharia Química da Faculdade de racruz FCZ 1,2 Departamento de Engenharia Química da Faculdade de racruz. Rua Profeor Berilo Baílio do Santo, 180, Centro, racruz - ES, CEP rjilverio@hotmail.com RESUMO Nete trabalho, avalia-e a poibilidade do aproveitamento da caca de coco verde proveniente do proceo de uma emprea localizada no Município de racruz ES, como matéria-prima para a produção de energia por meio da gaeificação. Inicialmente, caracterizaram-e o reíduo a erem ubmetido ao proceo de gaeificação. Poteriormente, realizaram-e tete experimentai, no quai a caca de coco verde foram cortada em pedaço e peada, endo ecada logo em eguida numa etufa com circulação forçada de ar a 65ºC em um período de oito dia. Por meio dete etudo, verificou-e que a caca de coco verde apreenta uma umidade elevada para er aplicada diretamente ao proceo de gaeificação, portanto, fez-e neceária a introdução de uma etapa de ecagem da caca de coco, ante da mema erem enviada ao gaeificador. Por um balanço energético no itema propoto, definiu-e uma produção de aproximadamente 19,31kW/mê de gá e um cuto de manutenção do equipamento de aproximadamente R$ 3840,00 por ano. Reultado preliminare motram que a produção de gá para a co-geração de energia na emprea é inatifatória, vito que a quantidade de reíduo gerada pela mema não é uficiente para tal fim. Palavra-Chave: biomaa, coco verde, gaeificação INTRODUÇÃO O coco verde é uma fruta tropical cujo mercado vem crecendo gradativamente no Brail, vito a crecente buca por alimento naturai que poam trazer benefício à aúde, dando utentação à cultura da fruta em etado pouco tradicionai, como o etado do Epírito Santo (Maciel, 2008). Segundo dado da Secretaria de Etado da gricultura do Epírito Santo, SEG-ES (2008), entre o último ano, a produção de coco verde praticamente dobrou no etado, tendo no ano de 2008 uma produção de aproximadamente 165 mil fruto e ocupando quae 12 mil hectare de área plantada, tendo o coco como a egunda fruta que mai gera renda no agronegócio da fruticultura capixaba. Em âmbito nacional, o Brail produz cerca de 500 milhõe de litro de água de coco por ano (Ripardo, 2000). Ete reíduo, depoi de gerado, neceitam de detino adequado, poi, além de cauar problema ambientai, repreentam perda de matéria-prima e de energia, exigindo aim invetimento ignificativo em tratamento para o eu aproveitamento. tualmente, a caca de coco é utilizada na obtenção de inúmero produto. De acordo com ndrade (2005), o reíduo da caca de coco verde podem er aproveitado na tranformação da caca em fibra e pó, podendo erem fabricado a partir do derivado dee último, produto emelhante a pó de xaxim, vermiculita, turfa e caca de arroz carbonizada, e, em relação à fibra, eta pode er utilizada na confecção de vao de planta, placa e etofamento. Contudo, egundo Rodrigue (2008) uma da alternativa promiora para o aproveitamento do reíduo ólido é o eu tratamento térmico (biomaa). De acordo com Gómez (1996) ão quatro razõe fundamentai que torna a utilização da biomaa para fin energético atrativa: (1) Riqueza natural própria e renovável com atifatória diponibilidade; (2) Repreenta uma fonte renovável e egura de energia; (3) O eu uo permite ao paíe em deenvolvimento diminuir ua dependência externa de petróleo; (4) Do ponto de vita energético, é um combutível ubtancialmente limpo quando comparado com o combutívei fóei. Nete entido, a biomaa repreenta um potencial único por cauar um impacto ambiental poitivo. Em todo o mundo, a produção de energia a partir da biomaa tem ido defendida como uma importante opção devido à quetão ambiental, com a neceidade principalmente de minimização da emiõe globai de CO 2. Devido a io, divero proceo termoquímico da biomaa VIII Congreo Braileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Mina Gerai, Brail

2 foram deenvolvido, tai como a gaeificação, a liquefação, a pirólie e a combutão, cada qual aplicada a determinado tipo de biomaa. Conforme Pannirelvam et al.(2005), a gaeificação e torna adequada como fonte de produção de energia renovável tendo a caca de coco como matéria-prima. gaeificação é um proceo batante antigo, onde a biomaa ólida é convertida em um gá combutível, por meio da oxidação parcial a temperatura elevada. É um proceo que depende do nívei de umidade, reatividade e demai caracterítica do combutível ólido proceado. O gá produzido é mai verátil do que a biomaa ólida, podendo ter vária aplicaçõe na geração de calor e potência (Roal, 2008). gaeificação tem como principai vantagen: fazer o uo completo da fonte energética, promovendo o aneamento local e, além dio, apreenta cuto competitivo em relação a outra alternativa energética. Diante do fato apreentado, o preente trabalho via o deenvolvimento de uma rota alternativa para a utilização do reíduo do coco verde para co-geração de energia mediante o proceo de gaeificação, objetivando maximizar o aproveitamento e o rendimento energético. MTERIIS E MÉTODOS Material Utilizado O material colocado em etudo nete trabalho é o reíduo proveniente do proceo de extração e envae da água de coco verde (Figura 1) que, na realidade, é o fruto verde em a água. Ete reíduo, em i, é contituído da epiderme, do meocarpo fibroo, do endocarpo e do albumem, conforme pode er viualizado pela Figura 2. Figura 1 Reíduo do Proceamento do Coco Verde O contituinte da caca de coco verde erão decrito a eguir conforme Callado e de Paula (1999). Epiderme: Superfície externa lia e cérea, tendo ua cor, variando de acordo com a maturidade do fruto; Meocarpo fibroo: Parte intermediária de aparência palha e coloração catanha; Endocarpo: Poui cor ecura, epeura de aproximadamente 5mm e batante rígido; lbumem: Poui uma coloração branca, epeura de 1 a 2cm e uma fina película conhecida como tegumento eminal. Figura 2 Contituinte da Caca de Coco Verde Fonte: daptado de Fremond et al., 1969 Determinação da Umidade e Caracterização do Reíduo determinação da umidade da caca do coco verde é de fundamental importância para a corrente afluente do gaeificador, poi egundo Piffer (2008) a caca deve pouir no máximo 10 a 25% de umidade para que o proceo de gaeificação eja atifatório. Para a avaliação do proceo de cogeração de energia por meio da caca de coco verde, foram coletada amotra na emprea. amotra foram cortada em pequeno pedaço e peada. pó a peagem, foram ecada em etufa com circulação forçada de ar a 65ºC durante um período de 8 dia até que ecaem por completo. pó a ecagem, a amotra foram novamente peada, para a determinação da denidade e a umidade do rejeito. Para uma maior exatidão no cálculo, foram feita réplica do experimento. Figura 3 exemplifica como e dá o proceo de ecagem de algun corte de caca de coco verde em etufa. Na Tabela 1 ão a- preentado o dado experimentai obtido. O volume V e 0 V foram determinado utilizandoe amotra aleatória de caca previamente tri- f turada e compactada em um vao epecífico de volume graduado e, em eguida, peada.

3 Por meio do balanço energético, foi poível a determinação da produção de gá e, conequentemente, a verificação da viabilidade do etudo propoto à neceidade da emprea. Ete balanço foi realizado obre o proceo apreentado na Figura 4. Figura 3 Secagem da Caca de Coco Verde em Etufa Tabela 1 Dado Coletado em Laboratório Dado Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 V 4,00 3,95 3,50 0 V 1,80 2,50 2,00 f P u 1836, , ,40 P 286,31 259,10 251,39 partir do dado obtido experimentalmente, foram determinada a umidade inicial do material em bae úmida e a ua umidade aparente pela Equaçõe 1 e 2, repectivamente. Por meio da Equaçõe 3 e 4 é poível determinar a denidade aparente do material úmido e ua denidade aparente apó a etapa de ecagem. U P P u i = (1) Pu P U = (2) Pu = u P u ρ (3) V 0 P ρ = (4) S Vf Ee tipo de caracterização do reíduo é imprecindível para a ua adequação ao proceo de gaeificação. medida de ua propriedade termofíica e torna neceária para que e poa avaliar a neceidade da implantação de uma etapa de ecagem que antecede a etapa de gaeificação (levantamento da umidade inicial e aparente) e para um futuro cálculo do volume do gaeificador (denidade aparente do material úmido e do material eco). Figura 4 - Fluxograma do Proceo de Gaeificação Propoto Fonte: daptado de Kinto et al., 2003 caca de coco verde apó a etapa de ecagem entra no gaeificador e o gá gerado nete proceo paa por etapa de refriamento e limpeza, onde ão removida impureza preente no memo. O gá efluente alimenta uma turbina a gá geradora de energia, endo que o retante pode er enviado para uma caldeira cujo vapor produzido alimenta uma turbina a vapor, ou, alternativamente pode er recirculado para a etapa inicial do proceo. emprea objeto da análie produz 7 ton/mê de caca de coco. Segundo Piffer (2008), para um proceo típico de gaeificação, temo a eguinte relação para uma biomaa generalizada: 20 kg debiomaa 55kgdegá Logo, para o proceo da emprea em etudo, temo: 7000kgdecaca 55kgdegá 20kgdecaca O poder calorífico do gá a er produzido é da ordem de 5MJ/Nm 3 que equivale a 5MJ/kg. Portanto, para o conumo menal de 7000 kg de combutível a potência produzida paa a er: gá MJ 19250kg 5 mê kg Balanço Energético

4 dmitindo que a eficiência da turbina a gá utilizada no proceo eja de 40%, temo uma produção de energia de: MJ ,4 mê Logo, o vapor não convertido na turbina é enviado para a caldeira, endo ete valor equivale a 57750MJ/mê, uma vez que correponde a 60% da potencia produzida. Coniderando que a caldeira e a turbina a vapor junta pouem uma eficiência de aproximadamente 30%, logo temo que: MJ ,3 mê Com bae no balanço energético realizado anteriormente, pode-e etabelecer a quantidade menal de energia a er produzida pela emprea, utilizando o proceo de gaeificação propoto. RESULTDOS E DISCUSSÃO Tabela 3 Valore Obtido por Meio do Balanço Energético. Produção de gá menal kg de gá/mê Potência produzida MJ/mê Produção de energia (turbina à gá) Produção de energia (turbina à vapor) Total de energia produzida MJ/mê MJ/mê MJ/mê Como pode er viualizado na Figura 5, a quantidade de energia obtida utilizando o proceo propoto é muito menor do que a conumida menalmente pela emprea. Por er uma emprea de pequeno porte, o reíduo gerado não ão uficiente para uprir eu gato energético. Portanto, e torna neceária uma maior quantidade de reíduo, podendo er obtido por meio da coleta de caca de coco verde gerada por emprea vizinha ou em locai de depóito inadequado, como praia e beira de etrada. Com bae no valore experimentai, o reultado obtido a partir do cálculo de denidade e umidade do material etudado ão demontrado na Tabela 2. Tabela 2 Valore Calculado a Partir do Dado Coletado Experimentalmente Variável Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Média U (%) 84,41 84,26 85,05 84,57 i U (%) 15,59 15,74 14,95 15,43 ρ 459,03 416,68 480,40 452,04 u ρ 159,06 103,64 125,70 129,47 S partir da determinação da umidade do reíduo, pode-e contatar que a caca de coco verde apreenta uma alta umidade logo apó a extração do líquido opalecente, bem acima daquela recomendada por Piffer (2008). Io motra a neceidade da implantação de uma etapa de ecagem ante da gaeificação. O reultado obtido por intermédio do balanço energético ão apreentado na Tabela 3. emprea conome, em média, o equivalente a 300 kw ao mê. Com a implantação do proceo de gaeificação propoto, a emprea produzirá aproximadamente 19,31kW menai. Figura 5 - Comparação Entre a Energia Produzida Pelo Proceo Propoto e a Conumida Cuto Direto Envolvido na Gaeificação Na Tabela 4 etão relacionado o valore etimado do cuto para a produção de energia utilizando um itema de gaeificação de 20kW, conforme Silva e Rocha (2006). Tabela 4 Valore de Cuto Etimado para um Gaeificador de 20kW Tempo de vida útil 20 ano Invetimento R$ ,00 Subtituição do óleo dieel 70% Gato de manutenção anual R$ 3840,00 Verifica-e que a pear da poibilidade de ubtituir o óleo dieel em 70% em geradore, o invetimento na tecnologia de gaeificação propota, para um gaeificador que produza 20kW, é batante alto, o que inviabiliza a implantação do itema na emprea, além de um gato de manutenção anual batante elevado. Dete modo, ur-

5 ge a neceidade do deenvolvimento de um itema de menor cuto operacional e de invetimento reduzido. CONCLUSÃO Nete trabalho, foi realizado um etudo do aproveitamento da caca de coco verde como energético utilizando a gaeificação como proceo propoto, focando na maximização do aproveitamento do reíduo, do rendimento energético e na minimização de perda da matéria prima. O reíduo colocado em etudo ão proveniente do proceo de uma emprea de extração e envae de água de coco verde localizada no município de racruz - Epírito Santo. Durante o deenvolvimento dete trabalho, foi levantado o teor de umidade do reíduo com a finalidade de ua adequação ao proceo de gaeificação propoto. Reultado preliminare obtido por meio de um balanço energético no proceo apreentado motram que a quantidade de reíduo gerado pela emprea fornece uma geração de energia muito pequena e para que ea produção eja atifatória, e torna neceária a utilização de uma maior quantidade de rejeito e, paralelamente a io, a compenação do invetimento da tecnologia propota. Em contrapartida, no que diz repeito à quetõe ambientai, o itema de gaeificação permite o uo total da fonte energética, contribuindo para um detino ambientalmente correto do reíduo. NOMENCLTUR ρ S - Denidade aparente do reíduo eco [g/l] ρ - Denidade aparente do reíduo úmido [g/l] u P - Maa eca [g] P - Maa úmida u U - Umidade inicial i [g] [adim.] U - Umidade aboluta [adim.] V - Volume inicial de cada amotra de caca de 0 coco previamente triturada [L] V - Volume final de cada amotra de caca de f coco previamente triturada REFERÊNCIS BIBLIOGRÁFICS NDRDE, R. G. M., bordagem ambiental na caracterização da cadeia logítica revera do coco verde. Trabalho de iniciação científica, Departamento de Engenharia de Produção, Univeridade Federal do Epírito Santo, Vitória ES. [L] CLLDO, N. H., PUL, de. D. R., Gerenciamento de reíduo de uma indútria de proceamento de coco - Etudo de Cao. XX Congreo Braileiro de Engenharia Sanitária e mbiental, Rio de Janeiro - RJ. FREMOND, Y., ZILLER, R., LMOTHE, M. N., El Cocotero. Editorial Plume. 1ª Edição, Barcelona Epanha. GÓMEZ, E. O., Projeto, contrução e avaliação preliminar de um reator de leito fluidizado para a gaeificação bagaço de cana-de-açúcar, Faculdade de Engenharia grícola da UNICMP (Diertação de Metrado), 178 p. KINTO, O. P., GRIMONI, J.. B., GLVÃO, L. C. R., UDET, M. E. M.,2003. Energia da gaeificação de biomaa com recuro nãoconvencional para o deenvolvimento limpo. GEPE-USP. Diponível em: EE2003_OcarKinto.pdf. ceo em 03 de abril de MCIEL, V. T., Caracterização fíica, fíicoquímica e enzimática de fruto de ei cultivare de coqueiro anão em diferente etádio de deenvolvimento, PPG/UFC, Fortaleza-CE (Diertação de Metrado), 102 p. PNNIRSELVM, P. V., LIM, F.. M., DNTS, B. S., SNTIGO, B. H. S., LDCHUMN- NDSIVM, FERNNDES, M. R. P., Deenvolvimento de projeto para produção de fibra de coco com inovação de tecnologia limpa e geração de energia, nalytica, 15, PIFFER, L. nálie Paramétrica de um gaeificador de reíduo de madeira Univeridade de Caxia do Sul. Diponível em: /gaequi.html. ceo em: 03 de abril de RIPRDO, S., Coco muda a paiagem do interior paulita. Jornal Folha de São Paulo, 18 jan., 200. RODRIGUES, R., Modelagem e imulação de um gaeificador em leito fixo para o tratamento térmico de reíduo ólido na indútria calçadita, PPGEQ/UFRS, Porto legre - RS (Diertação de Metrado), 141p. ROSL,. G. C., Modelagem e imulação de um gaeificador de biomaa em leito fluidizado borbulhante para produção de energia, PPEQ/UFPE, Recife-PE (Diertação de Metrado), 64 p. SEG-ES, Secretaria de Etado da gricultura do Epírito Santo. Produtividade de coco no Epírito Santo é dua veze maior que a média nacional. Publicado em 9 out., 2008.

6 SENHORS, E. M., Etratégia de uma agenda para a cadeia indutrial do coco: Tranformando a ameaça do reíduo em oportunidade eco-eficiente, Programa de Pó-Graduação Lato Senu em Getão e Etratégia de emprea. Intituto de economia da UNICMP. SILV, da. M. V.., ROCH, da. B. R. P., nálie econômica de um gaeificador de 20kW. NEDS/UFP, grener. GRDECIMENTOS O autore agradecem ao IEL/SEBRE-ES e a FPES pelo financiamento do projeto.