GaseificaçÃo da biomassa na secagem do café



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GASIFICADOR/COMBUSTOR A CAVACOS DE LENHA

NA SECAGEM DE CAFÉ DESPOLPADO

Jadir Nogueira da SILVA, Emilio Takashi SAIKI, Maurício Coelho VILARINHO e José CARDOSO SOBRINHO – Departamento de Eng. Agrícola – UFV. Tel. 0xx31-899-1928







RESUMO

Neste estudo, visou-se determinar a viabilidade do uso de um gaseificador/combustor que utiliza cavacos de lenha de eucalipto como combustível, para secagem do café despolpado. Empregou-se um gasificador desenvolvido por SILVA (1988) [1] no qual foram feitas modificações na zona de redução, reduzindo-se a área da grelha de 0,21 para 0,06m2. Fez-se também a adição de uma jaqueta de revestimento, envolvendo a parte superior do gaseificador e também foi colocado um registro tipo borboleta na saída da câmara de combustão. O ar aquecido no combustor foi enviado para um secador, desenvolvido por CAMPOS (1998) [2], composto de quatro câmaras metálicas, que podem ser içadas por um sistema de roldanas, facilitando a homogeneização da umidade do produto a ser seco. Secou-se café com umidade inicial de 54,5% bu até 11,11,6% bu. Determinou-se a umidade do café por determinadores do tipo universal, EDABO e estufa. A temperatura do ar de secagem foi de 60ºC, pressão estática do ar na saída do ventilador de 9mmca, com velocidade de 46,3m3.min-1. Concluiu-se que o gaseificador que usa cavacos de eucalipto como combustível consumiu entre 15,3 e 18,8 kg.h-1 da biomassa e o equipamento é viável para a secagem de café despolpado, por não impregná-lo de fumaça ou partículas outras, normalmente geradas nas fornalhas de fogo direto.









SUMMARY

This study aimed to determine the viability of the of a gasifier/combustor using chip of eucalyptus firewood as fuel, in drying pulped coffee. The gasifier used was designed by SILVA (1988) [1] with modifications in the gasification chamber, being the area of the grate reduced from 0,21 to 0,06m2. An addition of a coating involving the gasifier was done and a damper was placed in the exit of the combustion chamber. The air heated up in the combustor was sent to dryer developed by CAMPOS (1998) [2] that possessed four movable metallic chambers with movement and hoisted by a pulleys system. It was dried coffee with initial moisture of 54,5% w.b. up to 11,1±1,6% w.b. The moisture of the coffee was determined by equipment of the universal type, EDABO and stove. The temperature of the drying air was of 60ºC, static pressure of the air in the exit of the fan of 9mmca with speed of 46,3m3.min-1. It was ended that the gasifier using chips of eucalyptus firewood as fuel consumed among 15,3 and 18,8 kg/hour of the biomass and that the equipment is viable for the drying of pulped coffee, not impregnating it with smoke or other particles, usually generated in the direct fired furnaces .


INTRODUÇÃO
Gaseificação é um processo de oxidação parcial controlada, com razão de equivalência de 0.20 a 0.40, de um combustível sólido para produção de gases. Nela ocorre a conversão da biomassa, ou de qualquer combustível sólido, em um gás energético por meio de temperaturas elevadas. O uso da gaseificação da biomassa no Brasil é uma prática pouco difundida, não utilizada pelos produtores rurais, principalmente pela tecnologia que demanda e, especialmente, pela falta de divulgação desta alternativa energética. Segundo SILVA (1984) [3] a gaseificação oferece aos usuários desta técnica as seguintes vantagens: 1) alta eficiência térmica, variando de 60% a 90%, dependendo do sistema implementado; 2) a energia produzida com a queima dos gases produzido é limpa; 3) grãos secados não são contaminados por fumaças ou gases; e 4) a demanda de energia pode ser controlada e, consequentemente, a taxa de gaseificação pode ser facilmente monitorada. As desvantagens são: 1) a biomassa deverá ser limpa, sem a presença de terras ou outros elementos que possam comprometer o processo de gaseificação; 2) Há o potencial de fusão de cinzas, que poderá alterar a performance do gaseificador, quando se usa a biomassa com alto teor de cinzas e 4) se não completamente queimados, o alcatrão, formado durante o processo de gaseificação, pode ter suas aplicações limitadas.

MATERIAL E MÉTODOS


O experimento foi realizado no setor de armazenamento do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – MG, objetivando testar a viabilidade do uso de um gaseificador/combustor acoplado a um secador de leito fixo na secagem de café despolpado, com aquecimento do ar de secagem a fogo direto. Usou-se um gaseificador desenvolvido por SILVA (1988) [1], com modificações na câmara de gaseificação. A área da grelha foi reduzida para 0,06m2, quando o gaseificador foi revestido para melhor aproveitamento do calor, que antes era dissipado à atmosfera, e colocou-se um registro tipo borboleta na saída da câmara de combustão do gás, para regular a vazão de ar aquecido. O secador de leito fixo utilizado, construído por CAMPOS (1998) [2], possui quatro câmaras metálicas, dotadas de movimentação e içadas por um sistema de roldanas, Figura 1. Secou-se café com umidade inicial de 54,4 %bu. até 11,1 1,6 % bu. A umidade do produto foi determinada, no início da operação na estufa; no final, no determinador universal, no EDABO e conferida na estufa. Fez-se revolvimento do produto em intervalos regulares de 3 horas. A temperatura do ar de secagem, pressão estática e velocidade do ar aquecido foram de 60ºC, 9mmca e 46,3m3.min-1, respectivamente. O combustível utilizado foi cavacos de eucalipto usados na produção de papel e celulose, com dois teores de umidade 17,8 e 9,0% bu. O poder calorífico dos cavacos foi determinado conforme a sua umidade inicial, considerando-se o poder calorífico superior do Eucalyptus grandis de 17974 kJ.kg-1. O ar limpo e seco só foi direcionado ao café a ser secado, quando a combustão dos gases atingiu o processo em regime permanente. Isto foi conseguido, adaptando-se ao sistema uma saída lateral, a fim de retirar a fumaça formada no início do processo, quando ainda não se produz gás de qualidade, impedindo-se, assim, que o produto fosse contaminado. Durante os ensaios foram retiradas amostras de café em intervalos regulares de 3 horas, para a determinação da curva de secagem do café.








A



C3

tubo

C4







B


Chama









C2


C1



A – Gaseificador
Zona de gaseificação
Fluxo dos gases produzidos

B – Câmara de Combustão dos gases

C1, C2, C3 – Câmaras de secagem usadas

Fluxo de ar quente

Ventilador

Registro tipo borboleta















Figura 1 – Croqui do sistema utilizado para o aquecimento do ar de secagem



RESULTADOS E DISCUSSÃO

N
a Figura 2 têm-se as curvas de secagem do café, nas três câmaras estudadas. O tempo de secagem do produto foi de 18 horas. A umidade inicial do café foi de 57,98% bu; 57,94% bu e 49,0% bu nas câmaras 1, 2 e 3 respectivamente. A umidade final do produto foi de 8,7%bu; 13,6%bu e 11,3% bu nas respectivas câmaras (Tabela 1). O consumo de combustível foi 303kg, a massa inicial do café foi de 733,2 quilos e final de 379 quilos. Uma secagem mais rápida ocorreu na câmara 1 possivelmente pelo fato de ter maior área perfurada, o que propiciou maior fluxo de ar, temperatura mais elevada, devido à proximidade da fonte de calor, o que também foi observado por CAMPOS (1998) [2] . Outro fato que influenciou é que nesta câmara, o café despolpado estava com maior quantidade de casca misturada, comparado ao da câmara 1. O gasificador-combustor acoplado ao secador teve eficiência energética de 14,8 MJ.kg-1de água evaporada, considerando-se a biomassa total consumida. Com a finalidade de reduzir a taxa de consumo da biomassa, colocou-se no interior do gaseificador um tronco de cone de concreto refratário (CASTIBAR N); a grelha foi reduzida de 68,6% com uma área de 0,06m², e o consumo foi de 15,3 e 18,8 kg.h-1 para as dois teores de umidade. A Figura 2 mostra a curva de secagem nas 3 câmaras, sendo que as câmaras 1 e 2 possuíam café com umidade inicial diferente da câmara 3. O tempo de secagem foi de 18 horas. Na câmara 3, colocou-se o produto com uma umidade inicial menor, e este foi seco nas mesmas condições que os demais, tendo por isso, sua umidade final intermediária.




Figura 2 - Curva de secagem do café nas 3 câmaras


Tabela 1- Dados do produto: umidade e massas inicial e final, e massa de água evaporada

Café despolpado



Umidade inicial (%bu)

Umidade final (%bu.)

Massa inicial (kg)

Massa final (kg)

Massa de água evaporada (kg)


Câmara 1

58,0

8,7

231,3

106,5

124,8

Câmara 2

56,0

13,6

230,9

117,7

113,2

Câmara 3

49,2

11,0

271,6

155,0

116,6



Na Figura 3 é apresentada a temperatura do ar de secagem no plenum, nas câmaras de secagem e do ambiente, no decorrer da secagem do café. Verifica-se que a temperatura do ar no plenum variou entre 40 e 64ºC durante a secagem, temperaturas estas aceitáveis para que não haja perda da qualidade do produto seco. A temperatura do ar de exaustão nas câmaras 1, 2 e 3 aumentou quando se teve maior tempo de secagem; enquanto a do ar ambiente diminuiu. Provavelmente, o aumento das temperaturas citadas se deve à inércia térmica do secador, isto é, a alvenaria, que compõe a maior parte do secador tem grande calor específico, levando mais tempo para aquecer, retirando, então, calor do ar de secagem. Por isto, todas as temperaturas apontam para um equilíbrio, em torno de 45/50ºC, que é a desejada.






Figura 3 – Temperatura do ar de secagem no plenum, nas câmaras de secagem e ambiente no decorrer da secagem do café despolpado.





Na Tabela 2 são mostradas as características dos dois cavacos utilizados. Eles continham umidades de 17,8 e 9 % bu, e o de maior densidade teve menor consumo. Fatores que possivelmente influenciaram estes consumos diferenciados são “ponteamento dos cavacos” na câmara de combustão , ou a dissociação da água livre e de constituição deles. O combustível 1, devido ao maior teor de umidade, produziu chamas de menor temperatura no combustor e, também, menor consumo comparado ao combustível 2. O PCI dos combustíveis influenciou no consumo.

Tabela 2 – Teor de umidade, densidade a granel, poder calorífico inferior, temperatura dos gases na câmara de combustão, consumo de combustível total e horário da biomassa utilizada.



Cavacos


Umidade (%bu)

Densidade a granel

(kg.m3)



PCI

(kJ.kg-1)



Temperatura dos gases (ºC)

Consumo

Total (kg)

Horário (kg.h-1)

1

17,8

187

14326

358

163

15,3

2

9,0

165

16130

384

140

18,8



É apresentada na Tabela 3 a classificação do café seco e beneficiado. Verifica-se que houve predominância das peneiras 17 e 18; a quantidade de impurezas (verde, preto, chocho e brocado, etc.) – catação variou entre 29,5 e 41,5%, razão pela qual o produto apresentou baixa qualidade na bebida, Rio. Isto se deve provavelmente à falta de cuidados na lavoura e na colheita do mesmo.

Tabela 3 – Classificação do café estudado






Tratamento

Câmara 1

Câmara 2

Câmara 3

Retenção nas peneiras17 e 18 (%)

30,5

46,5

34,5

Retenção nas peneiras 16 (%)

20,5

18,5

28,5

Retenção nas peneiras13;14 e15 (%)

37,5

27,5

32,5

Retenção no fundo (%)

11,5

7,5

4,5

Catação*

41,5

39,5

29,5

Teor de umidade (%bu)

10,2

13,8

11,5

Bebida

Rio

Rio

Rio

* verde, preto, chocho, brocado etc.





CONCLUSÃO
Verificou-se neste estudo que o uso de cavacos de eucalipto é viável como combustível para o sistema gaseificador/combustor, na secagem do café despolpado. No caso do café seco usando este equipamento, houve baixa qualidade de bebida e tipo, por ser originado de uma fazenda onde a lavoura não era bem cuidada, especialmente no que se refere ao processamento do produto. Conclui-se, também, que cuidados devem ser tomados no momento de reabastecimento do gaseificador devido a riscos de inflamação dos gases nele produzidos no mesmo quando da abertura da tampa de alimentação.
PALAVRAS-CHAVE: gaseificador, combustível, qualidade e café
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] SILVA, J.N. Gasificação de biomassa para produção de calor., XI Reunião da SBPC – São Paulo- SP. 1988
[2] CAMPOS, A.T. Desenvolvimento e análise de um protótipo de secador de camada Fixa para café (coffea arabica L.) com sistema de revolvimento mecânico. Viçosa- MG: UFV. 1998 Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola)
[3] SILVA, J.N. Tar formation in corncob gasification. Purdue University – EUA. 1984 (Tese PhD)



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