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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Aproveitamento do caroço de manga: um estudo de viabilidade da pirólise usando energia solar
Author: Andrade, Laiane Alves de
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First coorientator: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Ataide, Carlos Henrique
Second member of the Committee: Duarte, Claudio Roberto
Third member of the Committee: Lira, Taisa Shimosakai de
Summary: O Brasil tem uma matriz energética razoavelmente diversificada, cujas principais fontes consistem no aproveitamento do potencial hidroelétrico de seus rios e reservas de petróleo, sendo esta última uma energia não renovável e bastante poluente. Mesmo que em menores percentuais quando comparadas a outras formas de energia utilizadas no Brasil (hidroelétrica e petróleo), o país dispõem de condições meteorológicas e agroindustriais adequadas para ser um grande produtor, em potencial, de energia solar e energia química vinda de biomassas. No que se refere às biomassas, o Brasil é um dos maiores produtores dessa forma de energia, especialmente sob a forma de resíduos. Se a finalidade não for a combustão direta, a biomassa pode ser convertida em combustíveis mais nobres ou até mesmo em precursores químicos para outros setores da economia. Isto posto, esta dissertação teve como objetivo investigar as características da pirólise do tegumento de manga e posteriormente avaliar viabilidade do processo de pirólise utilizando-se técnicas de concentração solar. Foi utilizada como biomassa residual o caroço de manga devido ao grande destaque da fruta no cenário mundial e também regionalmente onde cerca de 1300 t/ano são descartadas desse resíduo na região. O caroço de manga é dividido em duas principais partes: a amêndoa e o tegumento, sendo a primeira rica em compostos bioativos e a segunda majoritariamente formada por lignina, celulose e hemicelulose. Com relação à amêndoa, verificou-se uma gama significativa de compostos bioativos (fenólicos, flavonóides, ácido ascórbico e ácido cítrico), tendo destaque aos compostos fenólicos com um teor de cerca de 3000 mg/100 g de amostra, sendo alto se comparado aos demais frutos como semente de acerola, graviola e goiaba. Referente ao tegumento, este apresentou um bom indicativo para formação de produtos líquidos, altos teores de voláteis e baixos teores de cinzas. Com relação à análise termogravimétrica, a mesma foi avaliada em dois estágios: o primeiro referente à perda de água (secagem) e o segundo referente às reações de pirólise (devolatilização). Para o primeiro estágio, após estudos de não linearidade, o modelo que melhor descreveu a etapa de secagem foi o de Henderson, obtendo-se energias de ativação média de cerca de 20 kJ/mol. Já para o segundo estágio, os modelos isoconversionais apresentaram energia de ativação entre 157-175 kJ/mol. O modelo de Reações Paralelas Independentes (RPI) apresentou energia de ativação entre 70 e 78 kJ/mol, 160 e 190 kJ/mol e 90 e 97 kJ/mol para lignina, celulose e hemicelulose, respectivamente. Observou-se ainda uma tendência da diminuição da energia de ativação com a diminuição do tamanho de partícula tanto na etapa de secagem quanto na de devolatilização descritas pelos modelos isocorversionais (Ozawa e Kinssinger). Para o modelo RPI essa tendência foi observada apenas para o componente majoritário da biomassa (celulose). A pirólise analítica mostrou que a temperatura de 500°C foi a mais adequada para produção de líquidos devido a maior quantidade e intensidade de picos detectados pelo GCMC, quando comparada às temperaturas de 350°C e 700°C. Na temperatura de 350°C teve-se um baixo custo energético e a produção de furfural que é de interesse comercial. Com relação ao estudo da viabilidade da pirólise solar, através da Técnica de Superfície de Resposta foi possível prever por simulações que o diâmetro do coletor (D) e o diâmetro do corpo de prova (d) foram os fatores que mais influenciaram na dinâmica de aquecimento. As simulações numéricas tiveram boa concordância com os dados experimentais de aquecimento solar, mostrando que com a otimização das condições operacionais, em especial da área efetiva do parabolóide, seria possível alcançar temperaturas capazes de prover as conversões pirolíticas.
Abstract: Brazil has a fairly diversified energy matrix, whose main sources consist of the use of the hydroelectric potential of its rivers and oil reserves, the latter being a non-renewable energy and very polluting. Even if Whimsy percentage when compared to the usual forms of energy in Brazil (hydroelectric and oil), the country have meteorological and agro-industrial conditions suitable to be a great producer, potential, solar energy and chemical energy coming from biomass. With regard to biomass, Brazil is one of the biggest producers of this form of energy, especially in the form of waste. If the purpose is not the direct combustion, biomass can be converted into fuels or even the noblest same in chemical precursors to other sectors of the economy. That said this thesis was to investigate the pyrolysis characteristics of mango seed and then evaluate the viability of pyrolysis process using techniques of solar concentration. Was used as the residual biomass core sleeve due to the highlight of the fruit on the world stage and also regionally where about 1300 t/year are discarded this waste in the region. The sleeve core is divided into two main parts: the kernel and the husk, being rich in the first and second bioactive compounds mainly composed of lignin, cellulose and hemicellulose. With regard to the kernel, there was a significant range of bioactive compounds (phenolic, flavonoids, ascorbic acid and citric acid), with emphasis on phenolic compounds with a content of about 3000 mg/100 g and is high compared to other fruits studied as acerola seed, soursop and guava. Concerning the integument, this presented a good indicator for the formation of liquid products, high volatile content and low ash content. With respect to thermogravimetric analysis, it was evaluated in two stages: the first related to the loss of water (drying) and the second referring to the pyrolysis reactions . For the first stage, after studies nonlinear model best described the drying step was Henderson, yielding an average activation energy of about 20 kJ/mol. As for the second stage, isoconversionais models showed activation energy for 157-175 kJ/mol. The Independent Reactions model (RPI) showed activation energy between 70 and 78 kJ/mol, 160 and 190 kJ/mol and 90 and 97 kJ/mol for lignin, cellulose and hemicellulose, respectively. There was also a tendency of decrease in activation energy with decreasing particle size both in the drying step as described in the second step isocorversionais models (Ozawa and Kinssinger). For the RPI model this trend was observed only for the major component of biomass (cellulose). Analytical pyrolysis has shown that the temperature at 500°C was the most suitable for production of liquid. In the temperature to 350°C, had become a low energy cost and the production of furfural which is of commercial interest. Concerning the study of the feasibility of solar pyrolysis by Response Surface technique was possible to predict simulations the best combination of the size of the solar collector (D), the system size to be heated (d) and solar radiation (G ) for significant temperature levels for industrial applications requiring this condition (for example, pyrolysis). Numerical simulations showed good agreement with the experimental data of solar heating, showing that with the optimization of operating conditions, particularly the effective area of the paraboloid, it would be possible to reach temperatures capable of providing the pyrolytic conversions.
Keywords: Energia solar
Pirólise
Resíduos agrícolas
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: ANDRADE, Laiane Alves de. Aproveitamento do caroço de manga: um estudo de viabilidade da pirólise usando energia solar. 2015. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15239
Date of defense: 13-Feb-2015
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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