Estudo da gaseificação da torta do coco macaúba, lenha de eucalipto, lenha de café e do carvão vegetal e seu potencial energético para desidratação de frutas

Abstract

A gaseificação apresenta-se como uma promissora forma de conversão da biomassa em energia térmica, podendo ser definida como a conversão da biomassa em gás energético por meio da combustão incompleta devido à restrição no fornecimento do ar a temperaturas elevadas, obtendo-se como conseqüência a produção de um gás combustível. Este trabalho de pesquisa teve por objetivo realizar um estudo da gaseificação da torta do coco macaúba, da lenha de eucalipto, da lenha de café e do carvão vegetal e seu potencial energético como fonte calorífica para um sistema de desidratação de frutas. Desenvolveu-se, portanto, um gaseificador de biomassa de fluxo concorrente de pequena escala, ao qual foi acoplado uma câmara para combustão do gás produzido visando à geração de ar quente limpo. Foram medidas as temperaturas de quatro pontos distintos do gaseificador a fim de verificarmos o comportamento de diferentes zonas em função da temperatura, assim como o fluxo de ar de entrada (reator e combustor) e de saída (misturador), temperatura e umidade do ar, consumo de energia elétrica e a qualidade do ar de secagem. Antes da realização do experimento, foram calculadas algumas das principais características dos combustíveis, como umidade, Poder Calorífico Superior e massa específica. A biomassa foi utilizada em pedaços com diâmetro médio de 5 ± 1 cm e comprimento médio de 5 ± 2 cm, com exceção da torta de macaúba. A torta do coco macaúba foi utilizada pura (100%) e misturada ao carvão vegetal em três combinações (75%+25%, 50%+50% e 25%+75%) para a gaseificação com o sistema em regime permanente, porém não obteve resultado satisfatório em nenhum dos testes. Depois de testado o equipamento, foi dado início ao experimento usando a lenha de eucalipto como fonte de energia, variando a velocidade do motor em intervalo de medições de quinze minutos. Os testes apresentaram duração média de 2:15h, sendo que são necessários cerca de dois a três minutos para gerar gás combustível e 20 minutos para atingir as condições ideais de funcionamento. O sistema operou para as biomassas torta do coco macaúba, da lenha de eucalipto, da lenha de café e do carvão vegetal com a temperatura média e umidade relativa média do ar ambiente, respectivamente, de 23,44oC e 68,15 %, 20,46oC e 72,53 %, 19,60oC e 72,84 % e 20,70oC e 67,11 %. As temperaturas indicadas pelos termopares foram às esperadas. A temperatura do ar de secagem foi mantida em aproximadamente 70oC, por meio do controle do ar de entrada no misturador. O reabastecimento do reator, feito com o sistema em pleno funcionamento, permitiu estabilidade e continuidade operacional do sistema. Observa-se, assim, que o sistema composto por um reator para gasificação de biomassa de fluxo concorrente acoplado a uma câmara para combustão do gás produzido pode ser considerado como uma alternativa na geração de calor para a secagem de produtos agrícolas, competindo com os métodos tradicionais de geração de calor. Neste sentido, os resultados analíticos da pesquisa nos levam a inferir que a lenha de eucalipto, a lenha de café e o carvão vegetal possuem potencial como combustível na gaseificação para a desidratação de frutas, sendo que se recomenda o carvão vegetal dentre os combustíveis como fonte energética para o fornecimento de ar quente e limpo para a desidratação de frutas.

The gasification is presented as a promising way of converting biomass into thermal energy. Can be defined as the conversion of biomass into energy gas, through the incomplete combustion due to the restriction in the supply of the air, resulting in high temperatures as a consequence, the production of a fuel gas. This study aimed to research, conduct a comparative study of the gasification of "macaúba`s" coconut cake, eucalyptus firewood, coffee`s firewood and vegetable coal on the system for dehydration of fruit, using hot air. Was developed a concurrent flow biomass gasified of small-scale, which was coupled to a combustion chamber of the gas produced to generate hot air and clean. Was measure the temperature to four different points of gasified to verify the behavior of different areas depending on the temperature and the flow of air entry (reactor and combustor) and output (mixer), temperature and air humidity, consumption electric power and quality of the drying air. Before the experiment, were calculated some of the main characteristics of fuels, such as moisture, calorific value and density. The fuel was used in pieces with an average diameter of 5 ± 1 cm and the average length of 5 ± 2 cm, with exception of the "macaúba" cake. The "macaúba" coconut cake was used in pure (100%) and mixed with the charcoal in three combinations (75% +25%, 50% + 50% and 25% + 75%) for the gasification with the system on a permanent basis, but did not obtain satisfactory results in any of the tests. After testing the equipment, was beginning to experiment using eucalyptus firewood as an energy source, varying the motor`s speed, in a 3X3 factorial design, in triplicate, with three replicates and range measurements of fifteen minutes. The tests showed the average duration of 2:15h, about two to three minutes are needed to generate fuel gas and 20 minutes to reach the ideal conditions of operation. The system operated for biomass: "macaúba" coconut cake, the firewood of eucalyptus, coffee firewood and the vegetable coal with average temperature and average relative humidity of ambient air, respectively (23.44 oC and 68.15%) , (20.46 oC and 72.53%), (19.60 oC and 72.84%) and (20.70 oC and 67.11%). The temperatures indicated by thermocouples (thermopar) was expected. The temperature of the drying air was maintained at approximately 70 ° C through the control of air entering the mixer. The refueling of the reactor, made with the system in full operation, has stability and continuity of the system. Observe that the system consists of a reactor for gasification of biomass, concurrent flow, coupled to a chamber for combustion of the gas produced can be considered as an alternative to generate heat for drying of agricultural products, competing with the methods traditional generation of heat. In this case the analytical results of research lead us to infer that the eucalyptus firewood, coffee firewood and the vegetable coal have potential as a fuel for the gasification, for dehydration of fruit, which is recommended from the vegetable coal as the fuel source energy to supply hot air and clean for the dehydration of fruits.