1 Energia de Biomassa COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA Capacidade de Geração de Calor Diogo...
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Energia de Biomassa
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA
Capacidade de Geração de Calor
Diogo Henrique Ribeiro Silva
Denis Willians Vargas Emerson
Emir Jolly
Jeferson Luis Becker
Verci André Marin
Prof° Dr. Dimas Agostinho da Silva
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA
Capacidade de Geração de Calor
Diogo Henrique Ribeiro Silva
Denis Willians Vargas Emerson
Emir Jolly
Jeferson Luis Becker
Verci André Marin
Prof° Dr. Dimas Agostinho da Silva
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INTRODUÇÃO
A madeira é o único material natural que pode se regenerar indefinidamente e ter uma variabilidade de utilização;
Da floresta à produção de energia, a madeira apresenta solução para cada um dos setores de atividade que é empregada;
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OBJETIVOS
Descrever a composição química da madeira;
Determinar as características de geração de calor;
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR
Elementos: Porcentagem
Carbono (C) 49 – 50%
Hidrogênio (H) 6%
Oxigênio (O) 44 – 45%
Nitrogênio (N) 0,1 – 1%
Análise da composição química elementar da madeira de diversas espécies, coníferas e folhosas.
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR
Material Inorgânico (ppm) Pinus Carvalho
Cálcio (Ca) 1141 1976
Potássio (K) 116 1128
Magnésio (Mg) 326 294
Sódio (Na) 230 216
Fósforo (P) 40 75
Manganes (Mn) 121 59
Ferro (Fe) 72 70
Alumínio (Al) __ 32
Cobre (Cu) __ 2
Zinco (Zn) __ 62
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Substâncias Macromoleculares:
Do ponto de vista da análise dos componentes da madeira,
uma distinção precisa ser feita entre os principais componentes da parede celular:
Celulose Polioses Lignina
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Composição Média de Madeiras de Coníferas e Folhosas:
CONSTINTUINTES CONÍFERAS FOLHOSAS
Celulose 42 ± 2 % 45 ± 2 %
Polioses 27 ± 3 % 30 ± 2 %
Lignina 28 ± 2 % 20 ± 4 %
Extrativos 5 ± 3 % 3 ± 2 %
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA CELULOSE
Componente majoritário, perfazendo aproximadamente a metade das madeiras tanto de coníferas, como de folhosas;
Pode ser brevemente caracterizada como um polímero linearde alto peso molecular, constituído exclusivamente de β-D-glucose.
Devido a suas propriedades químicas e físicas, bem como àsua estrutura supra molecular, preenche sua função como oprincipal componente da parede celular dos vegetais.
O
O
O
O
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
OO
O OO
OH
OH
OH
OHOH
OH
OH
OH
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POLIOSES
Cinco açucares neutros, as hexoses : glucoses, manose e
galactose; e as pentoses : xilose e arabinose, são os principais
constituintes das polioses. Algumas polioses contém
adicionalmente ácidos urônicos.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
•Cadeias moleculares curtas;
•Ramificações emalguns casos;•As folhosas
contém maior teorde polioses
que as coníferas e a composição
é diferenciada.
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COMPOSIÇÃO QUÍMICALignina As moléculas de lignina são formadas completamente diferente dos
polissacarídeos, pois são constituídas por um sistema aromático composto de unidades de fenil-propano apresentando estrutura amorfa.
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COMPOSIÇÃO QUÍMICALignina – Conteúdo em diferentes vegetais
(%)Coníferas 24-34Samambaias 15-30Folhosas de zona Temperada
16-24Folhosas de zona Tropical 20-26Gramíneas 17-23
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COMPOSIÇÃO ELEMENTAR DA LIGNINA
Espécie de
madeira
Carbono (C)(%)
Hidrogênio (H)(%)
Oxigênio (O)(%)
Coníferas
63-67 5-6 27-32
Folhosas 59-60 6-8 33-34
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COMPOSIÇÃO QUÍMICAMateriais Acidentais
Estes materiais são responsáveis muitas vezes por certaspropriedades da madeira como: cheiro, gosto, cor e durabilidadenatural.
Embora estes componentes contribuem somente com umapequena porcentagem da massa da madeira (3 a 10%), podemapresentar uma grande influência no poder caloríficoespecialmente quando a madeira possui elevados teores deresina.
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MADEIRA – FONTE DE ENERGIA A madeira como combustível possui a vantagem de serrenovável, ter baixo teor de cinzas, e praticamente sem enxofre.
COMBUSTÍVEL PC (kcal/kg)
CARVÃO VEGETAL 7100
LIGNITO 4000
MADEIRA 3500
MADEIRA SECA 4700
ÓLEO COMBUSTÍVEL 9800
PARAFINA 10400
Fonte DEMEC, 2007 Fonte DEMEC, 2007
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Processos Combustíveis Eficiência
Secundários Térmica(%)
Combustão __ 60-75
Gaseificação Gás Quente 80 (20%T.U)
Carvoejamento Carvão Vegetal 62 (35% T.U)
Síntese de Metanol Metanol 35
Hidrólise Ácida Etanol 21 (1ton – 196L)
MADEIRA – FONTE DE ENERGIA
Fonte (Silva, 2001)
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Segundo a FAO 2007, os combustíveis da Madeira consistem de quarto principais commodities:
Lenha, Carvão, Resíduos industriais, Licor negro e outros.
Enquanto a lenha e o carvão são produtos florestais tradicionais derivados diretamente da floresta, os resíduos da industria de processamento da madeira e produtos reciclados de madeira se originam na sociedade, o licor negro é subproduto da indústria de celulose e papel.
MADEIRA – FONTE DE ENERGIA
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EQUIVALÊNCIAS ENTRE COMBUSTÍVEIS
Fonte ITEBE, 2007
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EQUIVALÊNCIAS ENTRE COMBUSTÍVEIS
Fonte ITEBE, 2007
Valores médios equivalentes para 1 metro cúbico aparente de cavacos de madeira =
• 330 kg de cavacos• 0,5 m3 de madeira• 2/3 m3 estéreos• 220 kg briquetes• 500 kg casca• 88 m3 gás natural• 78 kg propano• 100 l óleo combustível• 1000 kWh
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VALORES ENERGÉTICOS MÉDIOS
Fonte ITEBE, 2007
Briquetes de madeira
PCI : 4,4 à 4,6 kWh/kgTeor de umidade : 5 à 10 %Densidade : 700 à 750 kg/m3
Cavacos de madeira
PCI : 3,3 à 3,9 kWh/kgTeor de umidade: 20 à 30 %Densidade: 200 à 300 kg/m3
Cascas
PCI : 1,6 à 2,8 kWh/kgTeor de umidade: 40 à 60 %Densidade: 250 à 500 kg/m3
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CONCLUSÕES A grande maioria dos combustíveis, excetuando os nucleares,
depende do efeito térmico resultante da combustão do carbono e hidrogênio que eles contêm;
Embora sejam oriundos da mesma fonte orgânica, os vários combustíveis diferem em poder calorífico e em suas propriedades físicas e principalmente químicas, o que, de certa forma, dá uma flexibilidade de escolha;
A madeira é um componente essencial no atendimento da demanda energética;
A madeira apresenta vantagem por ser renovável e possuir baixo teor de material inorgânico e enxofre;
Apresenta desvantagem de possuir poder calorífico menor comparado a outros materiais energéticos, porém esta desvantagem pode ser revertida quando a madeira é convertida em uma fonte de energia secundária.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRITO, J. O. O uso energético da madeira. Estud. av. vol.21
no.59 São Paulo Jan./Apr. 2007.
DEMEC. Combustíveis Sólidos – Madeira. Departamento de Eng. Mecânica. UFMG. http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/solidos/madeira/madeira.htm. Capturado em 06 de junho de 2007.
GUARDABASSI, P. M. Sustentabilidade da Biomassa como Fonte de Energia Perspectivas para Países em Desenvolvimento. (Dissertação Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, USP) , São Paulo, 2006.
KLOCK, U. et all. Química da madeira. Munual didático, 3ª. Ed. FUPEF.Curitiba, 2005.
SILVA, D. A. Avaliação da Eficiência Energética em uma Industria de Painéis de Compensado, (Tese de Doutorado, UFPR), Curitiba, 2001.
ITEBE, http://www.bioenergieinternational.com/
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REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Normas Técnicas.
Rio de Janeiro, 1998. ABTCP - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL, Pasta
Celulósica e Papel. São Paulo. 1998. ABTCP, Curso de refino da pasta celulósica. Guaíba. Associação Brasileira
Técnica de Celulose e Papel. 68p. 1999. ANDRADE, A S. Qualidade da madeira, celulose e papel em Pinus taeda L.:
influência da idade e classe de produtividade. Curitiba: 2006. 101p. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Florestal) Curso de Engenharia Florestal. Universidade Federal do Paraná.
BIERMANN, C.J., Handbook of Pulping and Papermaking. San Diego. Academic Press. ed.2, 754p. 1996.
BRACELPA, Estatísticas do Setor Disponível: http://www.bracelpa.org.br/, Capturado em 08/2006.
CASEY, J.P. Pulpa y papel, química e tecnología química. México. Editorial Limusa S.A. ed.1, v.3, 659p. 1991.
DUEÑAS, R.S. Obtención de pulpas y propiedades de las fibras para papel. Guadalajara: Universidad de Guadalajara, 1997. 293p.
KLOCK, U., ANZALDO, J.H, ANDRADE, A S. DE, MARIN, A V. POLPA E PAPEL. Manual Didático. Fupef. Curitiba. 2006.
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AGRADECIMENTOS
Alan Sulato de Andrade – Doutorando Engenharia Florestal Abel Cardoso Buarque da Costa (IC Voluntário) Thyago Augusto Scarpin (Voluntário) Christian, Patrícia, Rodrigo (calouro), Luciana. Laboratório de Polpa e Papel Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal Setor de Ciências Agrárias UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CNPq