Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004 1 Trabalho convidado. 2 Analista Ambiental, Ph.D. Valorização Energética de Resíduos – LPF/IBAMA, SAIN Av. L4 Norte, Asa Norte, 70.918-900 Brasília, <[email protected]>. 3 Professor do Departamento de Engenharia Florestal da Universidade de Brasília – UnB; 4 Graduandas em Engenharia – UnB; 5 Engª. Florestal, mestranda em Ciências Florestais – UnB. PODER CALORÍFICO DA MADEIRA E DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS 1 Calorific Value of Wood and Wood Residues Waldir Ferreira Quirino 2 , Ailton Teixeira do Vale 3 ; Ana Paula Abreu de Andrade 4 , Vera Lúcia Silva Abreu 5 e Ana Cristina dos Santos Azevedo 4 Resumo: Este trabalho foi realizado com o intuito de atender às inúmeras consultas efetuadas ao IBAMA/LPF sobre o poder calorífico de espécies florestais. Fez-se um levantamento bibliográfico dos valores de poder calorífico disponíveis na literatura e alguns calculados pelo IBAMA/LPF. De posse destes dados, foram elaboradas três tabelas: uma com poder calorífico superior e densidade básica de 112 espécimes, a segunda com poder calorífico de 146 espécimes e uma terceira com poder calorífico superior, poder calorífico inferior e teor de umidade de 18 resíduos diferentes obtidos no LPF. Adicionalmente foram colocadas algumas considerações sobre o poder energético da madeira, que também serve para biomassa em geral, que se julga de interesse para o usuário destas informações. Palavras-chave: Poder calorífico, energia da madeira e lenha. Abstract: This work aims to provide answers to innumerous questions addressed to IBAMA/LPF on the issue of calorific value of forest species woods. An assessment was made of the works on calorific value available in the literature and of some values calculated by IBAMA/LPF. The data collected was used for the elaboration of three tables: the first showing calorific value and basic density of 112 specimens; the second showing calorific value of the 146 specimens; and the third showing calorific value of 18 biomass residues obtained by LPF. Some considerations about the parameters modifying wood energy value were also made. Key words: Calorific value, biomass energy and firewood. 1 INTRODUÇÃO Estudos mostram que a combustão direta da madeira é sem dúvida o processo mais sim- ples e econômico de obter energia (Earl, 1975, citado por Cunha et al., 1989). O rendimento energético de um processo de combustão da madeira depende de sua constituição química, devendo-se ressaltar que os teores de celulose, hemicelulose, lignina, extrativos e substâncias minerais variam com a espécie, sendo eles de grande importância para a escolha adequada da madeira a ser utilizada. Tradicionalmente, o enxofre e as cinzas são considerados as principais impurezas dos combustíveis. A combustão do enxofre, presente nos combustíveis fósseis, gera o dióxido de enxo- fre (SO 2 ), que pode combinar-se com a água e formar ácido sulfúrico diluído ou pode se trans- formar na atmosfera em outro composto potencialmente perigoso.
10
Embed
Poder calorífico da madeira e de resíduos lignocelulósicos
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
173Poder calorífico da madeira e de resíduos lignocelulósicos
Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004
1 Trabalho convidado.2 Analista Ambiental, Ph.D. Valorização Energética de Resíduos – LPF/IBAMA, SAIN Av. L4 Norte, Asa Norte,70.918-900 Brasília, <[email protected]>. 3 Professor do Departamento de Engenharia Florestal da Universidadede Brasília – UnB; 4 Graduandas em Engenharia – UnB; 5 Engª. Florestal, mestranda em Ciências Florestais – UnB.
PODER CALORÍFICO DA MADEIRA E DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS1
Calorific Value of Wood and Wood Residues
Waldir Ferreira Quirino2, Ailton Teixeira do Vale3; Ana Paula Abreu de Andrade4, Vera LúciaSilva Abreu5 e Ana Cristina dos Santos Azevedo4
Resumo: Este trabalho foi realizado com o intuito de atender às inúmeras consultas efetuadas aoIBAMA/LPF sobre o poder calorífico de espécies florestais. Fez-se um levantamento bibliográfico dosvalores de poder calorífico disponíveis na literatura e alguns calculados pelo IBAMA/LPF. De possedestes dados, foram elaboradas três tabelas: uma com poder calorífico superior e densidade básica de112 espécimes, a segunda com poder calorífico de 146 espécimes e uma terceira com poder caloríficosuperior, poder calorífico inferior e teor de umidade de 18 resíduos diferentes obtidos no LPF.Adicionalmente foram colocadas algumas considerações sobre o poder energético da madeira, que tambémserve para biomassa em geral, que se julga de interesse para o usuário destas informações.
Palavras-chave: Poder calorífico, energia da madeira e lenha.
Abstract: This work aims to provide answers to innumerous questions addressed to IBAMA/LPF onthe issue of calorific value of forest species woods. An assessment was made of the works on calorificvalue available in the literature and of some values calculated by IBAMA/LPF. The data collectedwas used for the elaboration of three tables: the first showing calorific value and basic density of112 specimens; the second showing calorific value of the 146 specimens; and the third showing calorificvalue of 18 biomass residues obtained by LPF. Some considerations about the parameters modifyingwood energy value were also made.
Key words: Calorific value, biomass energy and firewood.
1 INTRODUÇÃO
Estudos mostram que a combustão diretada madeira é sem dúvida o processo mais sim-ples e econômico de obter energia (Earl, 1975,citado por Cunha et al., 1989). O rendimentoenergético de um processo de combustão damadeira depende de sua constituição química,devendo-se ressaltar que os teores de celulose,hemicelulose, lignina, extrativos e substânciasminerais variam com a espécie, sendo eles de
grande importância para a escolha adequadada madeira a ser utilizada.
Tradicionalmente, o enxofre e as cinzassão considerados as principais impurezas doscombustíveis. A combustão do enxofre, presentenos combustíveis fósseis, gera o dióxido de enxo-fre (SO2), que pode combinar-se com a água eformar ácido sulfúrico diluído ou pode se trans-formar na atmosfera em outro compostopotencialmente perigoso.
QUIRINO, W.F. et al.174
Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004
O uso da madeira para produção de energiaapresenta menores problemas de poluição,quando comparada aos combustíveis fósseis,tendo em vista que ela possui um baixo teor deenxofre (Cunha et al., 1989). Além disto, o usoda biomassa tem um outro aspecto ambientalfavorável, já que a emissão de CO2 da queimada biomassa na atmosfera geralmente écompensada pela absorção no plantio da novabiomassa (Ingham, 1999).
Essas vantagens tornam interessante ouso da madeira para fins energéticos, necessi-tando, no entanto, de uma caracterizaçãoadequada.
Brito & Barrichelo (1978), citando Junge(1975), Arola (1976) e Corder (1976), indicaramo poder calorífico, o teor de umidade, a densi-dade e a análise imediata como as propriedadesmais importantes da madeira para sua utili-zação como combustível.
Portanto, este trabalho teve por objetivoscaracterizar madeiras exóticas e nativasquanto ao poder calorífico e à densidade básicae complementar com dados bibliográficos.
Os dados apresentados provêm de dife-rentes fontes, razão pela qual não se aconselhautilizá-los para estudos de correlação entredensidade e poder calorífico.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Poder calorífico
O poder calorífico é definido como a quan-tidade de energia na forma de calor liberadapela combustão de uma unidade de massa damadeira (Jara, 1989). No Sistema Interna-cional, ele é expresso em joules por grama ouquilojoules por quilo, mas pode ser expressoem calorias por grama ou quilocalorias porquilograma, segundo Briane & Doat (1985).
O poder calorífico divide-se em superior einferior. O poder calorífico superior é aqueleem que a combustão se efetua a volume cons-tante e no qual a água formada durante a
combustão é condensada e o calor que éderivado desta condensação é recuperado(Briane & Doat, 1985).
O poder calorífico inferior é a energiaefetivamente disponível por unidade de massade combustível após deduzir as perdas com aevaporação da água (Jara, 1989).
2.2 Teor de umidade
Segundo Earl (1975), citado por Cunhaet al. (1989), é importante que o teor de umidadeda madeira a ser usada como combustível sejareduzido, diminuindo assim o manejo e o custode transporte, agregando valor ao combustível.
O conteúdo de umidade máximo que umamadeira pode ter para ser queimada no fornoestá em torno de 65 a 70% em base úmida.Por existir essa umidade, é inevitável que ocor-ra uma perda de calor nos gases de combustãoem forma de vapor de água, uma vez que aumidade da madeira evapora e absorve energiaem combustão. A quantidade máxima deágua que a madeira pode ter para entrar emcombustão tem sido calculada em aproximada-mente 65% na base úmida (o resto correspondeao material sólido). Desta forma, madeiramuito úmida, com teor de umidade acima destelimite, necessita de calorias de origem externapara secar e entrar em combustão (Ince, 1980,citado por Cunha et al., 1989; Jara, 1989).
Browing (1963), citado por Cunha et al.(1989), afirma que o poder calorífico é maisalto quanto maior o teor de lignina e extrativos,porque eles contêm menos oxigênio que ospolissacarídeos presentes na holocelulose(celulose e hemicelulose).
Colet (1955), citado por Brito & Barrichelo(1977), ao estudar uma série de madeiras,demonstrou que a quantidade de carbono fixofornecida por unidade de madeira enfornada éfunção da porcentagem de lignina da madeira.O autor ainda afirmou que o teor de celuloseda madeira não tem relação definida com aquantidade de carbono fixo retida.
175Poder calorífico da madeira e de resíduos lignocelulósicos
Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004
2.3 Massa específica
A massa específica é um dos principais ín-dices de qualidade da madeira, e segundo Brasil(1972), citado por Vale (2000a), os métodos quese apóiam na massa específica básica, são osque mais satisfatoriamente representam aquantidade de substância da madeira por uni-dade de volume.
Segundo Cunha et al. (1989), não há cor-relação entre a densidade básica e o podercalorífico. Entretanto, em relação ao volumede madeira a ser queimada, a densidade estápositivamente ligada ao conteúdo calórico damadeira, estimulando o interesse de madeiraspesadas para a queima.
3 METODOLOGIA
Os dados foram obtidos por meio de levan-tamento bibliográfico dos valores de podercalorífico disponíveis na literatura e algunsforam calculados pelo LPF/IBAMA.
Os testes realizados no LPF/IBAMA, paradeterminação do poder calorífico superior,foram feitos segundo a norma ABNT NBR8633/84 e o manual do calorímetro PARR 1201.
As amostras utilizadas nos ensaios depoder calorífico superior foram preparadas daseguinte forma:
- Trituração: para obtenção de cavacos;
- Moagem: para transformação em serragem;
- Tamisação: para seleção de partículas; e
- Secagem: as partículas de madeira moídasclassificadas abaixo de 60 mesh foram secasem estufa a 105 ± 2 ºC, até massa constante.
4 RESULTADOS
No Quadro 1 está o valor do poder caloríficosuperior (PCS) e da densidade básica (Db) de112 espécimes florestais. O Quadro 2 apresentao valor do poder calorífico superior de outras146 espécimes florestais.
Quadro 1 – Poder calorífico superior e densidade básica de madeiras de espécies florestais Table 1 – Calorific value and basic density of forest species woods
(1) Castilho (1984); (2) IPT (1937); (3) Jara (1989); (4) Farinhaque (1981); (5) Castilho & Alzola (1988); e (6) Maraboto et al. (1989).
181Poder calorífico da madeira e de resíduos lignocelulósicos
Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004
No Quadro 3 estão os valores do poder calo-rífico superior, do poder calorífico inferior e doteor de umidade de alguns materiais lignoce-lulósicos.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho, por apresentar valores depoder calorífico de madeiras de diferentes proce-dências, obtidos por diferentes autores emdiferentes laboratórios, não tem pretensão deextrair conclusões sobre os resultados obser-vados. Por este mesmo motivo, não é aconse-lhável utilizar os resultados para análises decorrelações entre os valores citados.
A média para o poder calorífico superior,obtido de 146 espécimes listadas no Quadro 2,
é de 4.685 kcal kg-1, com um coeficiente devariação de 3,9%. A média do poder caloríficodas espécies listadas no Quadro 1 foi de4.736 kcal kg-1, com um coeficiente de variaçãode 4,0%. Já o Quadro 3 reúne dados de podercalorífico de diferentes resíduos, mostrando umvalor médio de 4.524 kcal kg-1 com um coefi-ciente de variação de 9,4%.
Analisando os dados dos Quadro 1 e 2, numtotal de 258 espécimes, constata-se que o podercalorífico médio da madeiras variou entre 4.685e 4.736 kcal kg-1, ou seja, um poder caloríficomédio de 4.710 kcal kg-1, com coeficiente devariação que pode ser considerado muito baixo.Constata-se, portanto, que o poder caloríficosuperior das madeiras de diferentes espéciesvaria relativamente pouco, como diz a litera-tura.
Quadro 3 – Poder calorífico superior, poder calorífico inferior e teor de umidade de resíduos lignocelulósicos
Table 3 – Calorific values and moisture content of wood residues
PCS PCI TU Nome Científico Nome Comum (kcal kg-1) (%)
- Briquete(1) 4.545 3.884 10,4 - Eucalyptus sp. 4.525 3.854 10,5 - Costaneiras de Pinus sp.(2) 4.978 4.122 12,9 - Costaneiras de Pinus sp.(3) 4.720 3.894 12,9 - Costaneiras de Pinus sp.(4) 5.036 4.174 12,9 - Palha de milho 3.570 - - - Pó de serra 4.880 - - - Aparas de madeira 4.800 - - - Resíduo de compensado 4.424 - - - Casca de arroz 3.730 - - - Bagaço de cana 3.700 - -
Fonte: Testes realizados no LPF/IBAMA; PCI = poder calorífico inferior; e TU = teor de umidade. (1) Briquete de resíduo de madeira misturado com casca de arroz; (2) madeira com casca; (3) madeira; e (4) casca.
QUIRINO, W.F. et al.182
Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 173-182, 2004
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMASTÉCNICAS. NBR 8633: Carvão vegetal: determinaçãodo poder calorífico, 1984.
CASTILHO, E.; ALZOLA, A. Utilizacion de biomasa:determinacion del poder calorifico de los conos de tresespecies florestales cubanas. Revista FlorestalBaracoa, v. 18, n. 2, p. 117-120, 1988.
BRIANE, D.; DOAT, J. Guide technique de lacarbonisation: la fabrication du charbon de bois. Aix-en-Provence: ÉDISUD, 1985. 180 p.
BRITO, J. O., BARRICHELO, L. E. G.Comportamento de madeiras nativas do Maranhãofrente ao processo de destilação seca. BrasilFlorestal, v. 11, n. 45, p. 47-55, 1981.
BRITO, O. J.; FERREIRA, M.; BARRICHELO, L. E.G. Correlações entre características físicas e químicasda madeira e a produção de carvão vegetal. II.Densidade básica da madeira x densidade aparente docarvão - perspectivas de melhoramento. BoletimInformativo ESALQ/USP, v. 6, n. 16, p. 1-9, 1978.
BRITO, O. J.; BARRICHELO, L. E. G. Correlaçõesentre características físicas e químicas da madeira e aprodução de carvão vegetal. I. Densidade e teor delignina da madeira de eucalipto. IPEF, v. 14, p. 9-20,1977.
CASTILLO, M. E. U. Determinacion del podercalorífico de 20 espécies florestales de la Amazoniaperuana. Revista Florestal do Peru, v. 12, n. 1-2,p. 98-117, 1994.
CUNHA, M. P. S. C. et al. Estudo químico de 55espécies lenhosas para geração de energia emcaldeiras. In: ENCONTRO BRASILEIRO EMMADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA,3., 1989, São Carlos. Anais... São Carlos: 1989. v.2,p. 93-121.
FARINHAQUE, R. Influência da umidade nopoder calorífico da madeira de Bracatinga (Mimosascabrella Benth), e aspectos gerais de combustão.Curitiba: FUPEF, 1981. 13 p. (Série Técnica, 6)
GOLDEMBERG, J. Energia , meio ambiente edesenvolvimento. São Paulo: Editora da Universidadede São Paulo. 1998. 125 p.
INGHAM, J. M. Biomassa no mundo e no Brasil.In: Fontes não-convencionais de energia: as tecnologiassolar, eólica e de biomassa. Organização e edição:Alexandre de A. Montenegro, 2.ed. Florianópolis:Editora da UFSC, 1999. 160 p.
INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS doEstado de São Paulo - IPT. A madeira comocombustível. São Paulo: Instituto de PesquisasTecnológicas, 1937. p. 165-171. (Boletim, 17).
JARA, E. R. P. O poder calorífico de algumas madeirasque ocorrem no Brasil. São Paulo: Instituto dePesquisas Tecnológicas, 1989. 6 p. (ComunicaçãoTécnica, 1797)
MARABOTO, M. T. et al. Poder calorífico de dezespécies florestais da Amazônia Brasileira–Peruana. In:ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EMESTRUTURAS DE MADEIRAS, 3., 1989, SãoCarlos. Anais... São Carlos: 1989, v. 3, p. 7-29.
MEJÍA M., N. E.; UCEDA C. M. Poder calorífico decinco espécies de Bombacaceas. Revista FlorestalDel Peru, v. 19, n. 1, p. 93-97, 1992.
QUIRINO, W. F. Utilização energética de resíduosvegetais. Brasília: Laboratório de Produtos Florestais,IBAMA, 2002. 31 p.
VALE; A. T.; LEÃO, A. L.; BRASIL, M. A. M.Caracterização da madeira e da casca de Sclerolobiumpaniculatum, Dalbergia miscolobium e Pterodonpubescens para uso energético. In: ENCONTRO DEENERGIA RURAL, 3., 2000, Campinas. Anais...Campinas: AGRENER, 200a. p. 18-19.
VALE; A. T.; LEÃO, A.L., BRASIL, M. A. M.Disponibilidade de energia na forma de calor dabiomassa lenhosa de um cerrado sensu stricto da regiãode Brasília. In: ENCONTRO DE ENERGIA RURAL,3., 2000, Campinas. Anais... Campinas: AGRENER,200b. p. 22.