ISSN 0798 1015

Vol. 39 (Nº 03) Ano 2018 Pág. 14

Determinação do poder calorífico e análise elementar do fruto da Macaubeira (Acrocomia aculeata)

Determination of calorific power and elementary analysis of Macaw palm (Acrocomia aculeata)

David Cardoso DOURADO 1; Giovanni Francisco RABELO 2; Waldir Nagel SCHIRMER 3; Erivelton César STROPARO 4; Fabrício Ventura BARSI 5; Pedro Castro NETO 6

Recebido: 06/09/2017 • Aprovado: 05/10/2017

Conteúdo

1. Introdução

2. Materiais e métodos

3. Resultados e discussão

4. Conclusão

Bibliografia

1. Introdução

É certo que o sistema de produção industrial mundial gera muitos resíduos, os quais nem sempre aproveitáveis para geração de energia ou outra aplicação. Em muitos países, principalmente os de clima tropical, há uma enorme quantidade de resíduos produzidos anualmente provenientes dos setores florestal e agrícola. Grande parte destas biomassas vem sendo utilizada no meio rural com baixa eficiência energética na produção de energia elétrica ou na produção de calor para secagem de produtos agrícolas (DOURADO et al, 2017, SILVA; SOBRINHO; SAIKI, 2004).

Além do uso direto ou in natura de biomassas, o uso do carvão vegetal para fim energético, vem ganhando destaque no cenário mundial frente às fontes não renováveis de energia. O Brasil é o maior produtor de carvão vegetal do mundo, com 48,6 milhões de toneladas e representa 14% da produção mundial (ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS, 2011). Sua utilização tem sido principalmente nas indústrias siderúrgica, cimento, alimentícia e química. No país, cerca de 80% do consumo de carvão vegetal é destinado aos setores de ferro-gusa, ferro-liga e aço (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2011). Neste cenário, o Estado de Minas Gerais destaca-se atendendo 60% da demanda de carvão vegetal do Brasil.

A busca por energias alternativas tem gerado resultados expressivos e tecnologias perfeitamente aplicáveis a vários segmentos da sociedade. Sendo assim, as energias renováveis se tornam solução no enfrentamento das mudanças climáticas e na diminuição da dependência das fontes fósseis de energia (HIRSCHL, 2009).

Nesse seguimento, a macaúba, espécie Acrocomia aculeata(Jacq.) Lodd. ex Martius, é uma palmeira arborescente e possui um grande potencial energético a partir do processamento de seus frutos (EVARISTO et al,. 2016).

O fruto da macaúba é esférico, tipo drupa; é constituído pela casca fibrosa (epicarpo), polpa oleaginosa (mesocarpo), endocarpo e amêndoa oleaginosa. Dentre estas partes constituintes, o endocarpo, em especial, pode ser convertido em carvão vegetal, constituindo-se em um subproduto da cadeia produtiva do biodiesel, podendo ser utilizado na metalurgia, siderurgia ou para cocção (CETEC, 1983). Além de utilizada como fonte energética, o fruto da macaubeira também pode ser empregada na forma medicinal, alimentícia, cosmética, entre outros (SILVA; BARRICHELO; BRITO, 1986).

Apesar das inúmeras aplicações a Acrocomia aculeata ainda é pouco estudada, por isso inúmeros autores vêm desenvolvendo trabalhos de pesquisa que melhor caracterize suas aplicações e sua localização geográfica (COSTA et al., 2017; REIS et al., 2017; OLIVEIRA et al., 2016; MATSIMBE et al., 2015).

Quanto a localização espacial dessa palmácea, ela ocorre ao longo da América tropical e subtropical, desde o Sul do México e Antilhas até o sul do Brasil, chegando ao Paraguai e Argentina, porém estando ausente no Equador e Peru. No Estado de Minas Gerais ocorrem grandes populações de macaubeira, apontadas como economicamente promissoras. Nas regiões de Montes Claros, Alto Paranaíba e Zona Metalúrgica, são considerados como as regiões com maior ocorrência natural de macaúba no Estado de Minas Gerais (MOTTA; OLIVEIRA FILHO; GOMES, 2002).

Sendo assim, visando às distintas aplicabilidades desse fruto e de sua vasta incidência em inúmeras regiões no continente Sul Americano, o presente trabalho objetivou a caracterização das propriedades caloríficas e dos constituintes elementares do epicarpo, mesocarpo, endocarpo e da torta dos frutos da macaúba. Esses resíduos têm origem da cadeia produtiva do Biodiesel.

2. Materiais e métodos

2.1. Amostras

As matérias primas avaliadas neste trabalho vieram do processamento de frutos na região Norte do Estado de Minas Gerais, nos municípios de Montes Claros e circunvizinhos.

Os frutos foram submetidos ao processo de separação do epicarpo; o material sem casca foi despolpado e a amêndoa foi separada do endocarpo, sendo todo o material enviado para as análises. A torta da macaúba (amêndoa e endocarpo) resultou do processo de moagem mecânica via Prensa expeller. A figura 1 apresenta o fruto bem como os coprodutos finais do processamento, respectivamente, epicarpo, mesocarpo, endocarpo e torta.

Figura 1 (próprio autor)

Amostras: (F – fruto; A - epicarpo; B - mesocarpo; C- endocarpo; D - torta).

2.2. Determinação do poder calorífico superior 

Os coprodutos processados foram peneirados e a alíquota utilizada foi a que passou pela peneira de 40 mesh e ficou retida na peneira de 60 mesh. Após peneiramento, o material foi desidratado em estufa convencional à temperatura de (105±2)°C por 24 horas. As amostras com aproximadamente 1,0g de cada coproduto foram individualmente replicadas e separadas, seguindo para análise em um calorímetro adiabático e bomba calorimétrica Parr® empregando-se a Norma 8633 da ABNT (1984).

2.3. Análise elementar

Utilizou-se a análise elementar a fim de determinar o teor de Carbono, Nitrogênio, Hidrogênio e Enxofre, seguindo o mesmo processo de peneiramento e secagem anterior.

Inicialmente, utilizando uma balança com precisão de 0,005 mg, os coprodutos foram individualmente pesados em frações de 2 mg de resíduo que foram colocados em uma porta amostra de estanho. O conjunto (resíduo + porta amostra) foi depositado no carrossel do equipamento Elementar Vário Micro Cube.

A análise foi realizada em uma amostra por vez e em duplicata. Como gás de arraste, foi utilizado o gás hélio e o oxigênio como gás de ignição.

A temperatura do tubo de combustão, localizado no interior do equipamento, no momento da queda da amostra do carrossel, foi de 1.150°C. Logo após a combustão, os gases foram transportados por arraste para o tubo de redução e dele seguiram para a coluna de detecção. Os elementos foram determinados com o auxílio de um detector de termo condutividade, em que cada elemento fez sua interação e teve seu pico específico. Um computador contendo um software específico, acoplado ao equipamento, fez o cálculo dessa integração e foram determinados os valores dos elementos em porcentagem.

2.4. Análises estatísticas

Na avaliação das características quantificadas nos resíduos lignocelulósicos da macaúba utilizou-se um delineamento inteiramente casualizado (Eq.1). Para a comparação múltipla das médias foi utilizado o teste de Tukey em nível de 5% de significância.

Em que: Yij é a observação do i-ésimo nível do fator região do fruto (i = 1, 2, 3 e 4) na j-ésima repetição (j = 1 e 2); µ é uma constante inerente a todas as observações; ti é o efeito do i-ésimo nível do fator região do fruto (i = 1, 2, 3 e 4); eij é o erro experimental associado à observação Yij, independente e identicamente distribuído de uma Normal com média zero e variância σ².

Todas as análises estatísticas foram efetuadas utilizando-se o software Sisvar (FERREIRA, 2008).

3. Resultados e discussão

Na Tabela 1 apresenta o resumo da análise de variância para as características avaliadas levando-se em consideração as diferentes regiões no fruto da macaúba. Observa que o efeito da interação dos diferentes resíduos não foi significativo para o elemento carbono. Quanto aos demais elementos avaliados mais o poder calorífico superior, estes tiveram significância para o tipo de resíduo avaliado.  O Efeito significativo da interação indica a existência de dependência entre os mesmos. Dessa forma, optou-se em fazer o seu desdobramento e avaliação do efeito do tipo de resíduo.

Tabela 1
Resumo da análise de variância efetuada considerando-se como
fator de variação as diferentes regiões do fruto da macaúba.

FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; CVe: coeficiente de variação experimental (%);
C: carbono; H: hidrogênio; N: nitrogênio; S: enxofre; C/H: relação carbono –hidrogênio;
C/N: relação carbono – nitrogênio; PCS: poder calorífico superior; ns: não significativo a 5% pelo Teste F;
*: significativo a 5% pelo Teste F.

Na Tabela 2 encontram-se os valores médios das características avaliadas no fruto da macaúba, bem como o teste de comparação múltipla realizado.

Tabela 2
Valores médios das características avaliadas no fruto da macaúba.

C: carbono (%); H: hidrogênio (%); N: nitrogênio (%); S: enxofre (%);
C/H: relação carbono – hidrogênio; C/N: relação carbono – nitrogênio;
PCS: poder calorífico superior (kcal/kg). Médias seguidas de mesma letra
na coluna não diferem entre si pelo Teste de Tukey ao nível de 5% de significância.

Na figura 2 apresenta as propriedades químicas do fruto da macaúba em porcentagem de seus referidos resíduos.

Figura 2

C: carbono (%); H: hidrogênio (%); N: nitrogênio (%); S: enxofre (%).

Observa-se que nas diferentes partes constituintes que formam o fruto da macaúba (epicarpo, mesocarpo, endocarpo e torta) apresentaram estatisticamente o mesmo teor de carbono elementar, em média 47,66%. Conforme DOURADO et al., (2017), que comparando inúmeros resíduos agrícolas como o amendoim, mamona e pinhão manso, encontrou os teores de carbono 46,14%, 40,76% e 39,01% respectivamente. Dentre os resíduos que o mesmo autor avaliou, estava também os resíduos do fruto da macaubeira (epicarpo ou casca) com 46,42% de carbono. 

Já para teor de hidrogênio e para o poder calorífico superior do epicarpo e do mesocarpo da macaúba apresentaram estatisticamente o menor e o maior valor, respectivamente. Observa-se que a diferença no teor de hidrogênio entre essas regiões do fruto foi de 1,29% o que possivelmente resultou no aumento do poder calorífico superior em 510,83 kcal/kg no mesocarpo. Segundo Protásio et al. (2010) a cada 1% de acréscimo no teor de hidrogênio há um aumento de 514,75 kcal/kg no PCS considerando-se vários combustíveis de biomassa vegetal, assemelhando-se ao encontrado neste trabalho.

Quanto ao epicarpo, Evaristo et al. (2016) relataram em sua pesquisa que outro fator que contribui no acréscimo do PCS são os resquícios de óleo da polpa aderido no epicarpo durante o processamento. Os autores   encontraram para poder calorífico superior o valor de 4.989Kcal/kg no epicarpo do fruto da macaubeira, ou seja, algo próximo do valor encontrado neste trabalho -  PCS de 4.602,33 Kcal/.

Segundo (VALE et al., 2000) trabalhando com Eucalyptus grandis, sob diferentes adubações, encontraram PCS médio de 4.650 cal/g, valor este próximo ao poder calorífico superior da casca de macaúba. (PROTÁSIO et al., 2010), encontraram valores médios de 4.606 e 4.515 Kcal/kg para resíduos do processamento dos grãos de café e da colheita do milho, respectivamente.

Quanto ao mesocarpo, o resultado para PCS foi de 5.113 Kcal/Kg, o maior poder calorífico entre todos os resíduos avaliados, entretanto esse valor, pode ser melhor justificado em função das diferentes concentrações de óleo disponível em sua polpa. A justificativa encontra respaldo no fato da polpa representar a maior proporção em relação ao fruto devido ao seu maior teor de água e seu elevado teor de óleo. Ciconini et al. (2012), estudando a biometria dos frutos e o teor de óleo, encontraram nas populações de macaúba do cerrado do Mato Grosso do Sul, 49,1% e 25,1% teor de umidade e de óleo, respectivamente. CETEC (1983), estudando as populações de macaúba em Minas Gerais encontrou teor de óleo na polpa superior, 55-69%.

Já para a torta proveniente do fruto da macaúba, foram encontrados valores semelhantes se comparado aos seguintes valores para a maravalhas de pinus, carbono (49%), hidrogênio (6,65%) e poder calorífico de (4864 kcal/kg). Quanto ao endocarpo do fruto da macaúba, os valores se aproximam daqueles encontrados por PROTÁSIO et al. (2010) para maravalhas de eucalipto - carbono (48,20%), hidrogênio (6,36%).

 VILAS BOAS (2010) avaliando os valores médios da densidade aparente e o poder calorífico do endocarpo e caroço da macaúba não carbonizados, obteve: para o caroço (amêndoa + endocarpo) - 4.840,01 kcal/kg; endocarpo – 5.152,36 kcal/kg. EVARISTO et al. (2016) analisando o endocarpo não carbonizado, obtiveram para o  PCS, 5.011 Kcal/kg.

PAULA et al. (2011) trabalhando com diversos resíduos de diversas culturas agrícolas (arroz, café, cana-de-açúcar, soja, feijão e milho) e com resíduos do setor madeireiro (aparas e serragem) encontraram PCS variando de 3.812 a 4.615 Kcal/kg.

Os baixos teores em enxofre, com média de 0,211%, são características benéficas quando o objetivo é a geração de energia, uma vez que a liberação deste elemento na atmosfera causa impactos ambientais incalculáveis como a acidificação da água das chuvas (BRITO; BARRICHELO, 1978).

4. Conclusão

Ao se avaliar o potencial energético dos resíduos do fruto da macaubeira bem como seus constituintes elementares, observa-se que esta é uma fonte promissora de energia para produção de calor, principalmente quando se compara com outros resíduos agroindustriais.

Bibliografia

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1. (Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará) - davidourado@unifesspa.edu.br

2. (Universidade Federal de Lavras)

3. (Universidade Estadual do Centro-Oeste do Paraná).

4. (Universidade Estadual do Centro-Oeste do Paraná).

5. (Universidade Estadual do Centro-Oeste do Paraná).

6. (Universidade Federal de Lavras)