UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITRIA

Trabalho de Concluso de Curso

Estimativa do poder calorfico de madeiras de accia-negra e eucalipto do Municpio de Pelotas - RS

Carolina Meincke Couto

Pelotas, 2014

CAROLINA MEINCKE COUTO

Estimativa do poder calorfico de madeira de accia-negra e eucalipto do Municpio de Pelotas - RS

Trabalho acadmico apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitria, da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial obteno do ttulo de Bacharel em Engenheiro Ambiental e Sanitarista.

Orientadora: Prof. Dr. Claudia Fernanda Lemons e Silva Coorientador: Prof. Dr. Rafael Beltrame Pelotas, 2014

Universidade Federal de Pelotas / Sistema de Bibliotecas Catalogao na Publicao

Elaborada por Aline Herbstrith Batista CRB: 10/1737

C871e Couto, Carolina Meincke

Estimativa do poder calorfico de madeira de accia negra e

eucalipto do municpio de Pelotas RS / Carolina Meincke

Couto; Claudia Fernanda Lemons e Silva, orientadora; Rafael

Beltrame, coorientador Pelotas, 2014.

56 f.: il.

Trabalho de Concluso de Curso (Graduao em

Engenharia ambiental e sanitria) Centro de

Engenharias, Universidade Federal de Pelotas, 2014.

1.Biomassa. 2.Poder Calorfico. 3.Aproveitamento

Energtico. I. Silva, Claudia Fernanda Lemons e, oriente, II.

Beltrame, Rafael, coorient. III. Ttulo.

CDD : 674 CDD: 628.445

Banca examinadora:

Prof. Dr. Claudia Fernanda Lemons e Silva Centro de Engenharias/UFPel

Prof. Dr. Rafael Beltrame - Centro de Engenharias/UFPel

Prof. Dr. rico Kunde Corra Centro de Engenharias/UFPel

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar a meus pais, Gladis e Geovani, por todo amor, toda

preocupao, toda a dedicao e todo o apoio dados a mim. No dedico a vocs

apenas esse trabalho, mas todo o curso e todos os momentos de felicidade e

conquista que tive e terei.

Ao meu noivo e grande amor, Marcelo, por todos os momentos de ateno,

ajuda, tolerncia e principalmente carinho e amor.

Agradeo, com muito carinho, ao meu grande amigo Marcus Pilotto, o qual

sempre esteve ao meu lado me apoiando, motivando e alegrando meus dias.

Atravs dos estudos criamos um lao de amizade o qual desejo que continue para a

vida toda.

Aos professores que aqui me ajudaram, Professora Claudia e Professor

Rafael, mas tambm a todos que de alguma forma contriburam para minha

formao.

Comece fazendo o necessrio,

depois, faa o possvel,

e logo estars fazendo o impossvel.

(So Francisco de Assis)

RESUMO

COUTO, Carolina Meincke. Estimativa do poder calorfico de madeiras de

accia-negra e eucalipto do Municpio de Pelotas - RS. 2014. 56f. Trabalho de

Concluso de Curso (TCC). Graduao em Engenharia Ambiental e Sanitria.

Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.

O homem para satisfazer suas necessidades, transforma e altera os recursos

do ambiente, e isso causa a degradao ambiental. A utilizao de fontes de energia

no renovveis um dos fatores que contribuem para o comprometimento do meio

ambiente. A biomassa uma interessante alternativa para renovar a matriz

energtica, pois tem as mais variadas fontes, desde agricultura, florestas, indstrias

e at resduos urbanos e animais. Assim, o presente trabalho buscou conhecer

algumas das fontes utilizadas para esse fim, suas informaes e caractersticas.

Dentre as fontes, escolheu-se a madeira para avaliar (aproximando-se de um estudo

de caso) a massa especfica bsica e o teor de umidade, para posteriormente

estimar o poder calorfico. Para isso selecionou-se cinco estabelecimentos do

municpio de Pelotas RS, que utilizam a madeira para a coco de alimentos. Os

resultados obtidos para o poder calorfico da lenha de accia, foi em mdia 2.535

Kwh/m, para o teor de umidade de 19,77%. J para a lenha de eucalipto os

resultados foram 1.898,5 KWh/m, para 23,55% de umidade. Os resultados mostram

que a utilizao da madeira para a gerao de energia interessante, porm o uso

de resduos (como resduos agrcolas em forma de pellets) pode ser mais

conveniente, pois alm de obedecer a Poltica Nacional dos Resduos Slidos,

mais nobre do que envi-los para aterros sanitrios.

Palavras Chave: Biomassa. Poder calorfico. Aproveitamento energtico.

ABSTRACT

COUTO, Carolina Meincke. Estimating the calorific value of firewood acacia and

eucalyptus Municipality of Pelotas - RS. 2014. 56f. Paper of course conclusion.

Graduation in Environmental and sanitary engineering. Federal University of Pelotas,

Pelotas.

The man to satisfy his needs transforms and changes the environments resources,

and this causes the environmental degradation. The use of non-renewable energy

sources is one of the factors that contribute to the impairment of the environment.

The biomass is an interesting alternative to renew the energy grid, because it has the

most varied source, from agriculture, forests, industries, and even urban and animal

waste. Therefore, the present paper aimed to know, through bibliographic studies,

some of the sources that can be used for this purpose, its information and

characteristics. Among the sources, the firewood was chosen to evaluate

(approaching a study of case) the basic specific mass and the moisture content to

further estimate the calorific power. For this was selected establishments in the

municipality of Pelotas RS, which use the firewood to boiling the foods. The

obtained results for the calorific power of acacia firewood were on averaged 2.535

Kwh/m for the moistures of 19.77% respectively. Now for the eucalyptus firewood

the results were 1.898,5 KWh/m, to 23,55 of moisture. The results show that the

use of the firewood for the generation of energy is interesting, however the use of

wastes (as agricultural wastes in the form of pallets) may be more convenient,

because, besides obey the National Politics of Solid Wastes, it is nobler than sending

them to sanitary landfills.

Keywords: Biomass. Calorific power. Energetic utilisation.

SUMRIO

1 INTRODUO................................................................................... 12

1.1 Objetivos............................................................................................ 14

1.1.1 Objetivo geral..................................................................................... 14

1.1.2 Objetivos especficos......................................................................... 14

2 REVISO DE LITERATURA............................................................. 15

2.1 Biomassa........................................................................................... 15

2.2 Biomassa no Brasil............................................................................ 16

2.3 Fontes de biomassa........................................................................... 18

2.3.1 Resduos slidos urbanos.................................................................. 18

2.3.2 Resduos agrcolas............................................................................ 19

2.3.3 Resduos industriais........................................................................... 21

2.3.4 Biomassa florestal.............................................................................. 21

2.3.4.1 Florestas energtica.......................................................................... 21

2.3.4.2 Resduos florestais............................................................................ 22

2.3.4.3 Carvo vegetal................................................................................... 23

2.3.4.4 Lenha................................................................................................. 24

2.4 Caracterizao geral da biomassa.................................................... 25

2.4.1 Estrutura da biomassa....................................................................... 25

2.4.1.1 Propriedades fsicas da biomassa..................................................... 26

2.4.1.1.1 Massa especfica............................................................................... 26

2.4.1.1.2 Densidade.......................................................................................... 26

2.4.1.1.3 Teor de umidade................................................................................ 27

2.4.1.1.4 Teor de cinzas................................................................................... 27

2.4.1.1.5 Poder calorfico.................................................................................. 28

2.4.2 Tecnologias de aproveitamento de biomassa................................... 28

2.4.2.1 Combusto direta............................................................................... 28

2.4.2.2 Gaseificao...................................................................................... 29

2.4.2.3 Pirlise............................................................................................... 29

2.4.2.4 Liquefao......................................................................................... 30

2.4.2.5 Cogerao......................................................................................... 30

2.4.2.6 Hidrlise............................................................................................. 30

3 METODOLOGIA................................................................................ 31

3.1 Caracterstica do local do estudo....................................................... 31

3.2 Delineamento da pesquisa................................................................ 31

3.3 Coleta e tratamento das amostras..................................................... 32

3.3.1 Determinao do teor de umidade.................................................... 34

3.3.2 Determinao da massa especfica bsica....................................... 34

3.3.3 Determinao do poder calorfico...................................................... 35

3.3.4 Anlise estatstica.............................................................................. 36

4 RESULTADOS E DISCUSSO........................................................ 37

4.1 Teor de umidade................................................................................ 37

4.2 Massa especfica bsica.................................................................... 39

4.3 Poder calorfico.................................................................................. 42

5 CONCLUSES.................................................................................. 45

REFERNCIAS................................................................................. 46

APNDICE........................................................................................ 55

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Fontes de biomassa........................................................................... 16

Figura 2 Composio da biomassa vegetal..................................................... 26

Figura 3 Discos das lenhas utilizadas como amostras.................................... 33

Figura 4 Demarcao das cunhas e nomenclaturas........................................ 34

Figura 5 Determinao da massa especfica bsica....................................... 35

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Disponibilidade de resduos vegetais.............................................. 20

Tabela 2 Estabelecimentos (E), atividade desenvolvida e espcie florestal utilizada............................................................................................

32

Tabela 3 Anlise de varincia para o teor de umidade em funo dos estabelecimentos de coleta das amostras de madeira....................

37

Tabela 4 Comparao de mdias do teor de umidade da madeira para os cinco estabelecimentos de coleta das amostras.............................

38

Tabela 5 Anlise de varincia para a massa especfica bsica em funo dos estabelecimentos de coleta das amostras de madeira.............

40

Tabela 6 Comparao de mdias da massa especfica bsica para os cinco estabelecimentos de coleta das amostras.............................

40

Tabela 7 Poder calorfico de alguns resduos orgnicos................................ 41

Tabela 8 Anlise de varincia para o poder calorfico em funo dos estabelecimentos de coleta das amostras de madeira....................

42

Tabela 9 Comparao de mdias do poder calorfico da madeira para os cinco estabelecimentos de coleta das amostras.............................

43

12

1. INTRODUO

Para satisfazer as necessidades bsicas, o homem entra na histria como um

ser que transforma e altera o equilbrio dos recursos naturais, produzindo a

degradao ambiental, a destruio dos ecossistemas e a extino de espcies

(MAZZOCATO e RIBEIRO, 2013). Entre as caractersticas desta degradao

destaca-se o uso de fontes de energia no renovveis, o que representa um fator de

comprometimento do meio ambiente em escala global e local.

A biomassa, como fonte renovvel de energia, ganha cada vez mais

importncia, medida que o esgotamento dos recursos fsseis se acentua e os

problemas de poluio ambiental se agravam. Alm disso, as questes geopolticas

nas regies produtoras de petrleo acentuam certa tendncia para a instabilidade

dos abastecimentos e dos preos daquele combustvel nos mercados mundiais

(BRITO et al., 2005).

A partir da crise do petrleo na dcada de 1970, surgiram novos conceitos de

sustentabilidade ambiental, econmica e social estabelecendo-se um novo padro

ideal de gerao e de consumo de energia. Essa transio se faz pela gradativa

substituio de fontes de energia de origem fssil, principalmente petrleo e seus

derivados, por fontes renovveis e menos poluentes. Tal mudana impulsionada

principalmente pela progressiva reduo das reservas de carbono fssil, pelos

conflitos entre naes ocasionadas pela deteno e/ou dependncia dessas

reservas e tambm devido aos problemas ambientais decorrentes do uso de

combustveis no renovveis (SACHS, 2005).

Do ponto de vista ambiental, a sustentabilidade do desenvolvimento depende,

entre outras medidas, da reduo das emisses de gases poluentes, da

conservao do solo, da no contaminao das guas, da explorao racional dos

recursos fsseis e dos recursos naturais renovveis. Dentre as atividades humanas,

a produo e o consumo de energia uma das mais intensivas na utilizao de

recursos naturais. Por outro lado, tambm uma das principais fontes de emisses

de poluentes (BRASIL - ELETROBRS, 1998).

13

Cerca de 20% da energia consumida no mundo provm de fontes

renovveis, sendo que cerca de 13 a 14% gerada a partir da biomassa e 6 a 7%

gerada a partir de recursos hdricos. No Brasil, em 1940, 80% da energia consumida

era proveniente de biomassa florestal (madeira) e em 1998, apenas 9%,

evidenciando que houve um significativo decrscimo na participao da madeira

como fonte de energia. No entanto, em termos quantitativos, o consumo no se

alterou significativamente, mostrando que existe um mercado cativo para a utilizao

da biomassa como fonte de energia (LIMA e BAJAY, 2000).

O Brasil se destaca neste cenrio por possuir uma matriz energtica mais

limpa que a maioria dos pases, uma vez que a participao de fontes de energia

renovveis no pas maior que as fontes no renovveis. Segundo os dados do

Balano Energtico Nacional de 2013 (ano base 2012), o Brasil manteve vantagens

comparativas com o resto do mundo em termos de utilizao de fontes renovveis

de energia. Em 2012, oferta interna de energia renovvel foi de 42,4%, enquanto a

mdia mundial foi de 13,2% e nos pases da Organizao para Cooperao e

Desenvolvimento Econmico (OECD) foi de apenas 8,0% (BRASIL - MME, 2013).

De acordo com Brand et al. (2009), dentro deste contexto, a biomassa tem as

mais variadas fontes possveis, desde agricultura, florestas, indstrias e at resduos

urbanos e animais. No entanto, visto que as florestas, tanto nativas como

implantadas, apresentam grande diversidade de oferecimento de produtos e que nos

sistemas de explorao grande parte da biomassa no utilizada, considerando os

resduos florestais, a potencialidade e a converso destes em energia excedem os

usos originais prospectados. Segundo Cortez et al. (2008), essa fonte energtica

est encontrando mercado, em consequncia do desenvolvimento tecnolgico e dos

baixos custos que representa sua utilizao eficiente.

No campo energtico, a madeira tradicionalmente chamada de lenha e,

nessa forma, sempre ofereceu histrica contribuio para o desenvolvimento da

humanidade, tendo sido sua primeira fonte de energia, inicialmente empregada para

aquecimento e coco de alimentos. Ao longo dos tempos, passou a ser utilizada

14

como combustvel slido, liquido e gasoso, em processos para a gerao de energia

trmica, mecnica e eltrica (BRITO, 2007).

O uso da madeira para energia, um componente de vital importncia no

suprimento de energia primria, especialmente no uso domstico e industrial, nesse

contexto, o trabalho buscou chamar ateno para os resduos florestais, por

constiturem parte importante na disponibilidade da biomassa, por apresentar

grandes quantidades geradas na colheita e na ao industrial. Alm de trazer a

importncia da utilizao de biomassa para energia, pois apresenta relevncia para

o desenvolvimento sustentvel, e a preservao do meio ambiente, por ser uma

energia renovvel.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a utilizao de biomassa com

fins energticos e vantagens ambientais. Apresentar um estudo de caso sobre a

estimativa do poder calorfico de madeiras de diferentes espcies, utilizadas como

energia em estabelecimentos comerciais que usam fornos para a cozedura de

alimentos.

1.1.2 Objetivos especficos

Fazer um levantamento, em forma de estudo bibliogrfico, das principais

fontes de biomassa utilizadas no Brasil para aproveitamento energtico;

Discutir as vantagens e desvantagens de cada fonte de biomassa estudada;

Pesquisar e analisar os mtodos utilizados no aproveitamento dos resduos

para fins energticos;

Desenvolver um estudo de caso com estabelecimentos da cidade de Pelotas,

que utilizam a lenha para a coco de alimento, avaliando o poder calorfico

das diferentes espcies de lenha empregadas.

15

2. REVISO DE LITERATURA

2.1 Biomassa

A Biomassa definida como todo material orgnico de origem vegetal. Este

material deriva da reao entre gs carbnico (CO2 no ar), gua (H2O) e luz solar,

ou seja, pelo processo de fotossntese, qual armazena frao de energia solar nas

ligaes qumicas de seus componentes (SOUZA; SORDI; OLIVA, 2002).

Qualquer matria orgnica que possa ser transformada em energia mecnica,

trmica ou eltrica classificada como biomassa. De acordo com a sua origem,

pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrcola (soja, arroz e cana-de-acar,

entre outras) e rejeitos urbanos e industriais (slidos ou lquidos, como o lixo). Os

derivados obtidos dependem tanto da matria-prima utilizada (cujo potencial

energtico varia de tipo para tipo) quanto da tecnologia de processamento para

obteno dos energticos (ANEEL, 2008).

Quando os laos adjacentes entre molculas de carbono, hidrognio e oxignio

so quebrados por combusto, digesto, ou decomposio, estas substncias

liberam sua energia qumica armazenada. A utilizao da biomassa como matria

prima de converso depende das propriedades qumicas e fsicas das molculas

(MCKENDRY,2002).

A Figura 1 mostra um esquema das fontes de biomassa, onde os vegetais no-

lenhosos e vegetais lenhosos, so os de origem florestal, os resduos orgnicos,

referem-se aos de origens agrcolas, urbanos e industriais, j a biomassa obtida dos

biofluidos provenientes dos leos vegetais (por exemplo, mamona e soja).

Segundo Cortez et. al. (2008), a biomassa voltada para fins energticos, abrange

a utilizao desses vrios resduos para a gerao de fontes alternativas de energia.

Apresenta diferentes tecnologias para o processamento e transformao de energia,

mas todas as tecnologias de biomassa atualmente usadas no mundo possuem dois

16

problemas cruciais: o custo da biomassa e a eficincia energtica de sua cadeia

produtiva.

Figura 1 Fontes de Biomassa

Fonte: Ministrio de Minas e Energia, 1982.

2.2 Biomassa no Brasil

Entre as fontes para produo de energia, a biomassa apresenta um grande

potencial de crescimento nos prximos anos, de acordo com os estudos de

planejamento do Ministrio de Minas e Energia (MME). Ela considerada como uma

alternativa vivel para a diversificao da matriz energtica do pas, em substituio

aos combustveis fsseis, como petrleo e carvo, por exemplo (PORTAL BRASIL,

2011).

A gerao de energia eltrica no Brasil provm essencialmente de duas

fontes energticas, o potencial hidrulico e o petrleo, com grande predominncia da

17

primeira. Apesar da importncia dessas fontes, o Brasil dispe de vrias alternativas

para gerao de energia eltrica, dentre as quais aquelas derivadas da biomassa.

Em relao biomassa, particularmente, h uma grande variedade de recursos

energticos, desde culturas nativas at resduos de diversos tipos. No entanto, a

pouca informao a respeito do potencial energtico desses resduos limita o seu

efetivo aproveitamento (BRASIL-ANEEL, 2002).

Segundo a pesquisa realizada pela IEA Bioenergy Task 40 - diviso

especializada em bioenergia da Agncia Internacional de Energia - aponta que o

Brasil o pas que mais utiliza biomassa na produo de energia, sendo16% do uso

mundial no setor. Em seguida esto os EUA (9%) e Alemanha (7%). Conforme

material publicado, os 15 pases do topo dessa lista representam 65% do uso global

de biomassa na matriz energtica. Atualmente, a biomassa representa cerca de 10%

da produo de energia global (JORNAL DA ENERGIA, 2013).

De acordo com o Banco de Informaes de Gerao da Agncia Nacional de

Energia Eltrica (Aneel), em novembro de 2008 existam, no Brasil, 302 termeltricas

movidas a biomassa no pas que correspondem a um total de 5,7 GW (gigawatts)

instalados. Do total de usinas relacionadas, 13 so abastecidas por licor negro

(resduo da celulose) com potncia total de 944 MW; 27 por madeira (232 MW); trs

por biogs (45MW); quatro por casca de arroz (21 MW) e 252 por bagao de cana (4

mil MW) (BRASIL ANEEL, 2008).

Dados do Balano Energtico Nacional (edio 2003) revelam que a participao

da biomassa na matriz energtica brasileira de 27%, a partir da utilizao de lenha

de carvo vegetal (11,9%), bagao de cana-de-acar (12,6%) e outros (2,5%). O

potencial autorizado para empreendimentos de gerao de energia eltrica, de

acordo com a ANEEL, de 1.376,5 MW, quando se consideram apenas centrais

geradoras que utilizam bagao de cana-de-acar (1.198,2 MW), resduos de

madeira (41,2 MW), biogs ou gs de aterro (20 MW) e licor negro (117,1 MW)

(AMBIENTE BRASIL, 2004).

Lora e Andrade, (2004) apud Soares et al (2006), apontam que tanto em escala

mundial como no Brasil, o potencial energtico da biomassa enorme, podendo se

18

tornar uma das solues para o fornecimento de eletricidade em comunidades

isoladas, incentivando o desenvolvimento de atividades extrativistas sustentveis

que contribuam para o desenvolvimento destas comunidades.

2.3 Fontes de biomassa

2.3.1 Resduos slidos urbanos

Segundo a Norma Brasileira 10.004 resduos so aqueles que:

Resduos nos estados slido e semi-slido, que resultam de atividades de origem industrial, domstica, hospitalar, comercial, agrcola, de servios e de varrio. Ficam includos nesta definio os lodos provenientes de sistemas de tratamento de gua, aqueles gerados em equipamentos e instalaes de controle de poluio, bem como determinados lquidos cujas particularidades tornem invivel o seu lanamento na rede pblica de esgotos ou corpos de gua, ou exijam para isso solues tcnica e economicamente inviveis em face melhor tecnologia disponvel (BRASIL - ABNT, 1987).

J a Poltica Nacional de Resduos Slidos (PNRS) Lei Federal n 12.305 de

agosto de 2010, define resduos como:

Material, substncia, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinao final se procede, se prope proceder ou se est obrigado a proceder, nos estados slido ou semisslido, bem como gases contidos em recipientes e lquidos cujas particularidades tornem invivel o seu lanamento na rede pblica de esgotos ou em corpos dgua, ou exijam para isso solues tcnica ou economicamente inviveis em face da melhor tecnologia.

A quantidade de resduos slidos produzida atualmente no mundo muito

grande e seu mau gerenciamento, alm de provocar gastos financeiros significativos

e srios danos ao meio ambiente, pode comprometer a sade e o bem-estar da

populao (SILVA et. al, 2010).

O volume de resduos produzido no Brasil foi de 273 mil toneladas por dia em

2013 (BRASIL CAMARA DO DEPUTADOS, 2013), se o pas continuar avanando

lentamente no setor e, se no acelerar o ritmo, ter apenas 60% de seu resduo

sendo destinado corretamente em 2014 (SPITZCOVSKY, 2013). Embora o excesso

de resduo slido seja um problema, seu manejo, se devidamente administrado,

19

pode se transformar em soluo. O gerenciamento integrado de resduos slidos

urbanos pode conservar e gerar energia (BRASIL SECRETARIA DA ENERGIA,

2014).

A gerao pode ocorrer por vrios processos, como a queima do biogs

recuperado dos aterros sanitrios, a incinerao ou a gaseificao todos utilizados

como combustvel. Caso fosse totalmente aproveitado, estima-se que o potencial de

gerao de energia de todo o lixo seria suficiente para abastecer em 30% a

demanda de energia eltrica atual do Brasil (BRASIL SECRETARIA DA ENERGIA,

2014).

Os RSU no Brasil so ricos em matria orgnica - cerca de 50% a 60% - o

que ofereceria oportunidades importantes na gerao de energia e na

compostagem, em vez da soluo geralmente aceita, que a disposio em aterros

sanitrios. Em pases desenvolvidos, as diretrizes so opostas, pois o Landfill

Directive da Unio Europia (UE) j recomendava a reduo drstica do envio de

materiais biodegradveis para aterros sanitrios at o ano de 2006, com o objetivo

de erradicar totalmente o aterramento desses materiais. Na UE, a potncia instalada

a partir de RSU em 2000 era de 8.800 MW (8.8 GW) (BRASIL MMA, 2014).

O teor de matria orgnica (C, H, O, N) do resduo brasileiro est em 60%

aproximadamente, o que lhe confere bom potencial energtico. O Poder Calorfico

Inferior (PCI) mdio do resduo domiciliar de 1.300 kcal/kg (5,44 MJ/kg) (CORTEZ,

2008).

2.3.2 Resduos agrcolas

O Brasil considerado como um dos maiores produtores agrcolas devido

vrias razes, desde a disponibilidade de rea para cultivo, possibilidade de

introduo de culturas variadas posio geogrfica (condies climticas

adequadas), alm de sua rica biodiversidade e tecnologia avanada, afigura-se,

portanto como um fornecedor com potencial altssimo de matrias primas (resduos)

para a produo de bioenergia (VIEIRA, 2012).

20

Os resduos de origem agrcola so aqueles que tm origem nas atividades

agrcolas e de pecuria. Incluem embalagens de fertilizantes e de defensivos

agrcolas, raes, restos de colheita e esterco animal. As embalagens de produtos

agroqumicos, geralmente altamente txicos, tm sido alvo de legislao especfica

quanto aos cuidados para com a sua destinao final (PAVAN, 2010).

Segundo Nonhebel (2007) apud Viera (2012) as biomassas mais significativas

com relao a energia, so aquelas obtidas de culturas energticas e resduos

agrcolas, estes originam-se de material vegetal gerados no sistema de produo de

outros produtos. A tabela 01 mostra a produo agrcola assim como a quantidade

de resduos que a mesma gera.

A cana-de-acar a matria-prima de maior produo em todo o mundo,

produo esta encabeada pelo Brasil com quase 400 milhes (Mt) de produo

anual, seguido por ndia, China, Tailndia, Paquisto e Mxico. A China o maior

produtor de arroz (187 milhes de Mt), os Estados Unidos so o maior produtor de

milho (300 milhes de Mt) e de soja (86 milhes de Mt), a Unio Europia a maior

produtora de beterraba com quase 127 milhes de Mt. A Europa e os Estados

Unidos so os principais concorrentes do maior produto energtico obtido da

biomassa, o lcool da cana-de-acar, j que a beterraba e o milho so utilizados

por esses pases para a obteno do produto emergente (CORTEZ, 2008).

Tabela 1: Disponibilidade de Resduos Vegetais

* IBGE 2004 ** Nogueira et al (2000) *** Calculado em base seca

Matria Prima Produo

Agrcola (tons)*

Produo de

Resduos (t/h)**

Produo Total de

Resduos (tons)***

Cana (Bagao) 396.012.158 7.0 13.0 59.401.824

Arroz (Casca) 10.334.603 4.0 6.0 2.937.094

Mandioca (Rama) 21.961.082 6.0 10.0 6.542.206

Miliho (Palha e Sabugo) 48.327.323 5.0 8.0 64.028.870

Soja (Resto da Cultura) 51.919.440 3.0 4.0 80.746.839

21

2.3.3. Resduos Industriais

Segundo a Norma Regulamentadora N. 25 (NR 25), estabelecida pela

portaria n. 227 de 24 de maio de 2011, entende-se como resduos industriais

aqueles provenientes dos processos industriais, na forma slida, lquida ou gasosa

ou combinao dessas, e que por suas caractersticas fsicas, qumicas ou

microbiolgicas no se assemelham aos resduos domsticos, como cinzas, lodos,

leos, materiais alcalinos ou cidos, escrias, poeiras, borras, substncias lixiviadas

e aqueles gerados em equipamentos e instalaes de controle de poluio, bem

como demais efluentes lquidos e emisses gasosas contaminantes atmosfricos.

Os resduos so originados nas atividades dos diversos ramos da indstria,

tais como: o metalrgico, o qumico, o petroqumico, o de papelaria, da indstria

alimentcia, etc. (KRAEMER, 2005). O resduo industrial bastante variado,

podendo ser representado por cinzas, lodos, leos, resduos alcalinos ou cidos,

plsticos, papis, madeiras, fibras, borrachas, metais, escrias, vidros e cermicas.

Nesta categoria, inclui-se a grande maioria do resduo considerado perigoso. Esse

tipo de lixo necessita de tratamento especial pelo seu potencial de envenenamento

(BRASIL, 2004).

Segundo Cortez (2008), dos 5.471 municpios do pas, apenas 551 fizeram o

controle dos resduos gerados pelo setor produtivo privado em 2003, e foram 1,4

milho de toneladas de resduos gerados somente nos principais plos industriais do

Brasil. De acordo com esse estudo, so geradas anualmente no Brasil

aproximadamente 2,9 milhes de toneladas de resduos slidos industriais, sendo

600 mil toneladas, um valor prximo de 22%, que recebem tratamento adequado.

2.3.4 Biomassa florestal

2.3.4.1 Florestas energticas

Termo utilizado a partir da dcada de 1980 para definir as plantaes com

grande nmero de rvores por hectare e, consequentemente, com ciclo curto, que

22

tinha como finalidade a produo do maior volume de biomassa por rea em menor

espao de tempo. (MAGALHES, 1982).

Segundo dados da Associao Brasileira de Produtores de Florestas

Plantadas (Abraf), dos 8,5 milhes de Km do territrio brasileiro, aproximadamente

63,7% so cobertos por florestas nativas, 23,2% ocupados por pastagens, 6,8% pela

agricultura, 4,8% pelas redes de infraestrutura e reas urbanas, 0,9% pelas culturas

permanentes e apenas 0,6% por florestas plantadas (BRASIL ABRAF, 2012).

As florestas energticas so plantadas com o objetivo de evitar a presso do

desmatamento sobre as florestas naturais. Elas contribuem tambm para o

fornecimento de biomassa florestal, lenha e carvo de origem vegetal. Alm disso, o

reflorestamento para uso energtico diminui a presso sobre as florestas nativas e

desempenha importante papel na utilizao de terras degradadas (BRASIL -

SEBRAE, 2014).

2.3.4.2 Resduos florestais

A biomassa florestal, essencialmente uma forma de energia solar

armazenada, as rvores usam a luz solar, na fotossntese, para converter o dixido

de carbono (CO2) e gua (H2O) em produtos de alto teor energtico, que so os

carboidratos e oxignio (KARCHESY e KOCH, 1979).

A biomassa florestal, para fins energticos, pode ter origem diretamente na

floresta, onde so considerados todos os materiais orgnicos que sobram na floresta

aps a colheita. Podemos citar sobras de madeira, com ou sem casca, os galhos

grossos e finos, as folhas, os tocos, as razes, a serapilheira e a casca (PULITO e

JUNIOR, 2009). Na indstria transformadora de madeira onde so gerados uma

enorme quantidade e diversidade de sub-produtos e resduos, nomeadamente,

casca, serrim, retestos e produtos rejeitados. Por ltimo pode ser oriunda de

produtos lenhosos em fim de vida cuja fonte diversa, desde a contruo civil,

atividades agro-florestais e o setor dos servios (MALHEIRO, 2011).

23

Os resduos florestais constituem parte importante na disponibilidade da

biomassa em alguns pases pelas grandes quantidades geradas na colheita e na

ao industrial. Essa fonte energtica est encontrando mercado, em consequncia

do desenvolvimento tecnolgico e dos baixos custos que representa sua utilizao

eficiente (CORTEZ, 2008).

Segundo Quirino (2003) os resduos florestais podem ser reciclados e

reutilizados como matria-prima em um processo diferente daquele de origem como,

por exemplo, ser utilizado energeticamente na produo de calor, de vapor ou de

eletricidade em grupos geradores ou termeltricas. Outro aproveitamento desse

resduo sob a forma de combustvel slido, como o carvo vegetal que utilizado

nas indstrias siderrgicas como termo-redutor ou como um carvo ativo. O carvo

tambm pode ser gaseificado, transformando-se em um combustvel gasoso ou

utilizado como gs de sntese.

Os resduos de madeira diretamente da floresta, contribuem positivamente na

substituio de 14-27 milhes de tep.ano-1. Os biocombustveis, incluindo resduos

florestais, tornam-se mais concorrentes ao passo que aumenta o preo dos

combustveis fsseis no mercado mundial (BALAT, 2006 apud MENEZES, 2013).

Iniciativas como preos fixos e subsdios para a colheita de biomassa florestal

a ser utilizada como combustvel contribui para o crescimento econmico e tornam

estas fontes renovveis mais competitivas. Assim, o uso da biomassa como fonte de

energia limpa vem ganhando importncia ao passo que as estratgias de poltica

nacional de energia concentram-se em fontes renovveis e de conservao

(DEMIRBAS et al., 2009).

2.3.4.3 Carvo vegetal

A produo de carvo vegetal ocorre pela carbonizao da madeira em fornos

de alvenaria, em processos dispersos, pouco mecanizados e altamente

dependentes de trabalho humano. A produo de carvo vegetal no Brasil provm,

predominantemente, da explorao de florestas nativas, apesar do aumento da

importncia do carvo de origem plantada (AMS, 2007).

24

O consumo do carvo vegetal est diretamente relacionado ao setor

industrial, em especial indstria siderrgica. O setor industrial consumiu 8,7

milhes de toneladas de carvo vegetal em 2005, 90,5% do total. As atividades

industriais que mais consomem o carvo vegetal so a produo do ferro-gusa

(84,9%), a produo de ferro liga (10,1%) e a fabricao de cimento (4,4%)

(BRASIL, 2006 apud UHLIG, 2008). O comrcio de carvo vegetal em 2005 totalizou

5,5 milhes de toneladas e gerou 1,7 bilhes de reais em vendas (IBGE, 2006)

2.3.4.4 Lenha

No campo energtico, a madeira tradicionalmente chamada de lenha e,

nessa forma, sempre ofereceu histrica contribuio para o desenvolvimento da

humanidade, tendo sido sua primeira fonte de energia, inicialmente empregada para

aquecimento e coco de alimentos. Ao longo dos tempos, passou a ser utilizada

como combustvel slido, liquido e gasoso, em processos para gerao de energia

trmica, mecnica e eltrica (BRITO, 2007).

O consumo de lenha est associado disponibilidade de vegetao. Em

2005, existiam 3,95 bilhes de hectares de florestas, que correspondem a 30,3% da

superfcie terrestre (FAO, 2006). O volume de madeira atualmente consumido para

energia da ordem de 220 milhes de metros cbicos anuais (BRASIL MME,

2007), sendo que seu consumo como matria-prima industrial atinge 142,7 milhes

de metros cbicos, compreendendo a produo de celulose e papel, serrarias,

chapas e painis. Desse modo, conclui-se que 69% da madeira usada no Brasil tm

destinao energtica, o que sem nenhuma contestao, representa o maior volume

de madeira vinculada a um determinado uso no pas (AMS, 2014).

A FAO (2006) estima que, em 2005, 1,5 bilho de m st foi utilizado como

lenha, porm reconhece que existe uma quantidade de madeira retirada

informalmente (ou ilegalmente) que no contabilizada e, portanto o consumo de

lenha seguramente maior. Por se tratar de uma fonte de energia de baixo custo,

no necessitar de processamento antes do uso e ser parte significativa da base

25

energtica dos pases em desenvolvimento, tem recebido a denominao de

energia dos pobres, chegando a representar at 95% da fonte de energia em

vrios pases.

2.4 Caracterizao geral da biomassa

A caracterizao da biomassa quem determina a escolha do processo de

converso e as dificuldades de processamento sub sequentes que possam surgir

(VIEIRA, 2012).

2.4.1 Estrutura da biomassa

Basicamente a Biomassa um hidrocarboneto, qual possui tomos de

oxignio na sua composio qumica, diferentemente dos combustveis fsseis. A

presena desse tomo faz com que a biomassa requeira menos oxignio do ar,

sendo menos poluente, mas consequentemente sua quantidade de energia a ser

liberada reduzida, diminuindo assim o seu Poder Calorfico Superior (ECKERT et

al., 2013).

A celulose, hemicelulose e lignina so os principais componentes da

biomassa vegetal, sendo que o teor de celulose varia de 40 a 50%, a hemicelulose

de 20 a 40% e o teor de lignina de 25% (MARTINI, 2009), conforme representado na

figura 2.

26

Figura 2: Composio da Biomassa Vegetal

Fonte: Nogueira, 2007

2.4.1.1 Propriedades fsicas da biomassa

2.4.1.1.1 Massa especfica

A Massa especfica pode ser dividida em massa especfica ou massa

especfica aparente (VIEIRA, 2012). A Massa Especfica de uma substncia a

razo entre a massa de uma quantidade da substncia e o volume correspondente

(PRSS, 2013).

Quando a matria continua (no existem descontinuidades), esta representa

Massa Especfica Aparente. Porm para resduos este conceito no se aplica, pois

existem vrios pedaos do mesmo material ocupando o mesmo volume

(NOGUEIRA; RENDEIRO; ECKERT et al., 2013).

2.4.1.1.2 Densidade

Define-se densidade como a razo entre a massa especfica da biomassa

pela massa especfica da gua (pH2O) na condio padro (25C e 100 kPa), ou

seja 1000 kg/m3 como pode ser observado na equao 02 (NOGUEIRA;

27

RENDEIRO; VIEIRA, 2012).

(01)

2.4.1.1.3 Teor de umidade

O teor de umidade, indica a quantidade de gua presente no material,

(QUIRINO et al., 2005). Sua determinao de grande importncia, pelo fato de que

a gua apresenta um poder calorfico negativo, uma vez que necessita de calor para

evapor-la (BRITO; BARRICHELO, 1979).

Teor de umidade pode ser definido como a massa de gua contida na

biomassa e pode ser expressa tanto na base mida quanto na base seca, qual pode

ser avaliada pela diferena entre os pesos de uma amostra, antes e logo aps ser

submetida secagem (NOGUEIRA, 2003).

2.4.1.1.4 Teor de cinzas

Conforme Nogueira e Rendeiro (2008), citado por Vieira (2012), os resduos

resultantes da combusto dos componentes orgnicos e oxidaes dos inorgnicos

so caracterizadas como teor de cinzas. Assim, as cinzas so resultadas da

combusto da biomassa, a qual se processa em altas temperaturas, tornando-se

necessrio conhecimento do comportamento destas cinzas para evitar operaes

inadequadas. As mesmas podem originar-se de elementos metlicos j presentes no

combustvel; de argila, areia e sais que possam estar na biomassa e ainda por solos

misturados a biomassa durante sua colheita ou manuseio.

As cinzas vegetais contm clcio, magnsio, fsforo e outros elementos,

alguns essenciais para o desenvolvimento dos seres vivos, como Cu, Zn, Mg e B

(OSAKI e DAROLT, 1991). Quando em alta concentrao podem diminuir o poder

calorfico (PC), podem ainda causar perda de energia e sua presena afeta tambm

a transferncia de calor sendo, portanto necessrio a remoo das mesmas

(STREHLER, 2000; KLAUTAU, 2008; VIEIRA, 2012).

28

2.4.1.1.5 Poder calorfico

O Poder Calorfico a quantidade de calor liberada pela combusto completa

da unidade de massa (ou volume) do combustvel (QUIRINO, 2011). Quando ocorre

combusto completa de uma unidade de combustvel este libera energia trmica e

geralmente medido em termos da energia por contedo por unidade de massa ou

volume, da Mj/kg (slidos), a Mj/l para lquidos e por fim para gases para Mj/Nm3.

De uma maneira geral, essa propriedade depende da composio da biomassa e do

seu grau de umidade (NOQUEIRA, 2003 apud VIEIRA, 2012).

O poder calorfico dito superior (PCS) quando a combusto se efetua a

volume constante e a gua formada na combusto condensada (CT, 1968;

SANTOS, 2012). J o poder calorfico inferior (PCI) resultante da combusto sob

presso constante, ao ar livre, sem a condensao da gua formada (DOAT, 1977)

e desse modo, seu valor menor que a PCS (SANTOS, 2012).

Tanto o Poder Calorfico Superior (PCS) ou Inferior (PCI) de uma determinada

biomassa a propriedade fsico-qumica mais importante a considerar para a

escolha de um processo termoqumico (CARIOCA, 1985; FILHO, 2009; VIEIRA,

2012).

2.4.2 Tecnologias de aproveitamento da biomassa

2.4.2.1 Combusto direta

Combusto a transformao da energia qumica dos combustveis em calor,

por meio das reaes dos elementos constituintes com o oxignio fornecido. Para

fins energticos, a combusto direta ocorre essencialmente em foges (coco de

alimentos), fornos (metalurgia, por exemplo) e caldeiras (por exemplo). Embora

muito prtico e, s vezes, conveniente, o processo de combusto direta

normalmente muito ineficiente. Outro problema da combusto direta a alta

umidade (20% ou mais no caso da lenha) e a baixa densidade energtica do

combustvel (lenha, palha, resduos etc.), o que dificulta o seu armazenamento e

transporte (ANEEL, 2005).

29

2.4.2.2 Gaseificao

Gaseificao um processo de converso de combustveis slidos em

gasosos, por meio de reaes termoqumicas, envolvendo vapor quente e ar, ou

oxignio, em quantidades inferiores estequiomtrica (mnimo terico para a

combusto) (ANEEL, 2005).

Nos processos mais simples, o gs resultante contm cerca de 30% de

nitrognio e 20% de CO2, o que significa um combustvel de baixo contedo

energtico (cerca de 900 kcal/m3) e imprprio para certos fins. Contudo, as

vantagens da eliminao de poluentes tende a compensar o processo, de modo que

o combustvel resultante pode ser de grande importncia para uso local. (SANCHEZ;

LORA; GMEZ, 1997).

2.4.2.3 Pirlise

A pirlise ou carbonizao o mais simples e mais antigo processo de

converso de um combustvel (normalmente lenha) em outro de melhor qualidade e

contedo energtico (carvo, essencialmente). O processo consiste em aquecer o

material original (normalmente entre 300C e 500C), na quase ausncia de ar, at

que o material voltil seja retirado. O principal produto final (carvo) tem uma

densidade energtica duas vezes maior que aquela do material de origem e queima

em temperaturas muito mais elevadas. Alm de gs combustvel, a pirlise produz

alcatro e cido piro-lenhoso (CENBIO, 2013).

Nos processos de pirlise rpida, sob temperaturas entre 800C e 900C,

cerca de 60% do material se transforma num gs rico em hidrognio e monxido de

carbono, o que a torna uma tecnologia competitiva com a gaseificao. Todavia, a

pirlise convencional (300C a 500C) ainda a tecnologia mais atrativa, devido ao

problema do tratamento dos resduos, que so maiores nos processos com

temperatura mais elevada (RAMAGE; SCURLOCK, 1996).

30

2.4.2.4 Liquefao

A transformao da biomassa, ou outras fontes fsseis de carbono, em

produtos majoritariamente lquidos recebe o nome de liquefao. A liquefao pode

ser direta ou indireta. Esta ltima consiste em produzir gs de sntese, CO + H2, por

gaseificao e, com catalisador, transform-lo em metanol ou hidrocarboneto. J o

processo direto se d em atmosfera redutora de hidrognio ou mistura de hidrognio

e monxido de carbono, sendo, portanto, uma forma de pirlise (BOYLES, 1984;

SOLTES, 1986; ROCHA, 1997).

2.4.2.5 Cogerao

O processo de cogerao a gerao simultnea de energia trmica e

mecnica, a partir de uma mesma fonte primria de energia. As formas de energia

til mais frequente so a energia mecnica (movimentar mquinas, equipamentos e

turbinas de gerao de energia eltrica) e a trmica (gerao de vapor, frio ou calor).

A energia mecnica pode ser utilizada na forma de trabalho, por exemplo, no

acionamento das moendas em usinas sucroalcooleiras, ou transformada em energia

eltrica atravs de geradores de eletricidades. A energia trmica utilizada neste

setor como fonte de calor para processos em geral (CENBIO, 2013).

2.4.2.6 Hidrlise

Hidrlise a quebra da biomassa lignocelulsica, que composta por

polissacardeos em acares menores para eventual fermentao e produo de

etanol. Os processos de converso do material lignocelulsico em etanol so

diferenciados principalmente quanto aos mtodos de hidrlise e fermentao,

estgios esses que esto menos amadurecidos tecnologicamente. Os processos de

hidrlise podem ser divididos em duas categorias: aqueles que usam os cidos

minerais (diludo ou concentrado), como por exemplo o cido sulfrico, e os que

usam enzimas (MOREIRA 2005; CEMBIO 2013).

31

3. METODOLOGIA

A realizao deste estudo aproxima-se de um estudo de caso, pois segundo

Cesar (2006), o mtodo do Estudo de Caso enquadra-se como uma abordagem

qualitativa e frequentemente utilizado para coleta de dados na rea de estudos

organizacionais. Ventura (2007), diz que com este procedimento pode adquirir

conhecimento do fenmeno estudado a partir da explorao intensa de um nico

caso.

3.1 Caractersticas do local de estudo

O estudo foi desenvolvido no Municpio de Pelotas no Estado do Rio Grande

do Sul, com latitude de 3146'19" e longitude 5220'33, populao de

aproximadamente 323.000 habitantes, sendo 300.000 na zona urbana, ficando entre

as cidades mais populosas do estado.

O municpio conta com os trs setores da economia (primrio, secundrio e

tercirio), sendo que, em 2004, possua 707 unidades empresariais ligadas a

alimentao e alojamento, onde algumas dessas empresas do setor de alimento,

como panificadoras e restaurantes, ainda utilizam a lenha para a coco de seu

alimento. Foram escolhidos como locais, para o estudo, restaurantes e panificadoras

que possuem tradio no uso de forno a lenha para preparao de seus alimentos, e

que utilizam isso como um diferencial.

3.2 Delineamento da pesquisa

A pesquisa buscou estimar o poder calorfico referentes as espcies florestais

usadas como energia na cozedura dos alimentos de panificadora e restaurantes

(parillas e pizzarias) da Cidade de Pelotas. Diante disso, obter informaes dos tipos

e qualidade das espcies utilizadas.

32

Dessa forma a fonte para coleta das amostras de madeira foram os prprios

estabelecimentos, que cederam algumas de suas toras para o estudo. Assim foram

identificadas as espcies florestais utilizadas como energia, suas densidades, e os

teores de umidade, para posteriormente estimar ao poder calorfico.

3.3 Coleta e tratamento das amostras

Em cinco estabelecimentos, coletou-se, aleatoriamente, cinco amostras de

toras de madeira (com casca), usadas para a produo de energia (para cozimento).

Em trs dos estabelecimentos foram arrecadadas amostras de accia negra e nos

outros dois locais foram coletadas amostras de Eucalyptus spp., vide tabela 02.

Tabela 02: Estabelecimentos (E), atividade desenvolvida e espcie florestal utilizada

Estabelecimento Atividade

Desenvolvida

Espcie

Florestal

E1 Parrilla Accia Negra

E2 Pizzaria Accia Negra

E3 Panificadora Accia Negra

E4 Panificadora Eucalipto

E5 Panificadora Eucalipto

Em cada um dos estabelecimentos foi aplicado um questionrio com

perguntas a respeito do tempo de armazenamento, caractersticas da madeira e se o

local j havia utilizado alguma outra espcie, para que posteriormente pudesse ser

feita a relao dos resultados com os dados obtidos nas questes. O questionrio

segue em anexo (Anexo 1).

Aps a coleta das amostras, as mesmas foram encaminhas ao Laboratrio de

Propriedades Fsicas e Mecnicas da Madeira, do curso de Engenharia Industrial

Madeireira da Universidade Federal de Pelotas.

No laboratrio, com o auxlio de uma serra circular, retirou-se as extremidades

das toras, pois essas perdem umidade por estarem diretamente em contato com o

33

meio. Em seguida foram retirados trs discos da mesma amostra, de

aproximadamente 50 mm, serrados separadamente ao longo da tora (vide Figura 3).

Posterior, com um lpis cpia, demarcou-se cada disco no formato de 4

cunhas, onde duas das cunhas (opostas) foram utilizadas para a medio de massa

especfica bsica e outras duas cunhas para o teor de umidade. Para a demarcao

das cunhas utilizou-se de nomenclaturas inicial do estabelecimento e o destino da

utilizao, conforme representado na Figura 4. Para a confeco das cunhas, usou-

se ainda a serra, obedecendo demarcao feita anteriormente.

Figura 3: Discos das lenhas utilizadas como amostras.

34

Figura 4: Demarcao das cunhas e nomenclaturas.

3.3.1 Determinao do teor de umidade

Para a determinao do Teor de Umidade, utilizou-se uma balana analtica

de preciso, onde aferiu-se o peso inicial de cada cunha, pr-determinadas, como

explicada anteriormente. Aps a anotao dos pesos das amostras, as mesmas

foram encaminhadas para estufa, onde permaneceram por uma semana a uma

temperatura de 103C, para obter o peso seco da pea de madeira, atravs de uma

nova pesagem. Tanto o peso seco como o peso inicial foram registrados em

formulrio especfico para cada corpo de prova. Com o peso inicial (PU) da madeira

e o peso seco (PO) da pea, determinou-se o TU atravs da equao 02, abaixo:

(02)

3.3.2 Determinao da massa especfica bsica

Para a obteno da massa especfica bsica, as amostras foram

primeiramente submersas em gua por um perodo de 45 dias, com o objetivo de

que atingissem peso saturado, para posterior determinao do volume pelo mtodo

de empuxo (deslocamento por imerso em gua), conforme sugerido por Vital

(1984), vide Figura 5.

35

Aps a obteno do volume, colocaram-se os corpos de prova em uma estufa

a uma temperatura de 103C, por 72 horas, sendo ento pesados novamente,

obtendo assim o peso seco correspondente. Tanto o peso seco como o volume

foram registrados em formulrio especfico para cada corpo de prova. Para a

obteno dos valores de Massa Especfica Bsica, expressa em gramas por

centmetros cbicos, avaliou-se o peso seco (PS) da madeira em relao ao volume

mido (Vu), atravs da equao 03, sugerida por Prss, 2013.

(03)

Figura 5: Determinao da massa especfica bsica

3.3.3 Determinao do poder calorfico

Para o clculo da estimativa do poder calorfico, usou-se uma modificao da

equao sugerida por Nock et al (1975), adaptada por Gatto (2002), para espcies

florestais, conforme a Equao 4:

36

(04)

Em que: Pci = poder calorfico inferior (Kwh/m); MBs = massa especfica bsica

(Kg/m); Tu = teor de umidade (%).

3.3.4 Anlise estatstica

Para a anlise estatstica dos dados, utilizou-se primeiramente anlise de

varincia de cada um dos parmetros (teor de umidade, massa especfica bsica e

poder calorfico) em funo dos estabelecimentos que as amostras foram coletadas.

Para isso utilizou-se o programa estatstico STATGRAPHICS Centurion XVI Verso

16.1.15. Para os parmetros que apresentam diferena significativa de 1%, aplicou-

se, no mesmo programa, o teste de comparao de mdias, pelo mtodo LSD

(Least Significant Difference), a um nvel de significncia de 5%

37

4. RESULTADOS E DISCUSSO

Para a avaliao do poder energtico da madeira em estudo, levou-se em

considerao o teor de umidade, massa especfica bsica e o poder calorfico, para

as duas espcies em estudo, Accia e Eucalipto. Junge (1975), Arola (1976) e

Corder (1976), itados por Brito & Barrichelo (1978) indicam essas propriedades

como as mais importantes da madeira para sua utilizao como combustvel.

4.1 Teor de umidade

O teor de umidade foi analisado por ser uma das caractersticas que

influenciam diretamente no poder calorfico da madeira, pois esta diminui o calor

liberado pela combusto.

Os resultados da anlise de teor de umidade esto apresentados na Tabela 3,

conforme a anlise de varincia do teor de umidade em funo dos

estabelecimentos, onde esta varivel apresentou diferena significativa ao nvel de

1% de probabilidade. Com isso foi aplicada anlise de comparao de mdias,

atravs do teste Least Significant Difference (LDS), conforme representado na tabela

4.

Tabela 3: Anlise de varincia para o teor de umidade em funo dos

estabelecimentos de coleta das amostras de madeira.

FV GL SQ QM F Prob.>F

Estabelecimentos 4 908,728 227,18 8,04 0,000*

Erro 66 1864,98 28,257

Total 70 2773,71

Em que: FV = Fonte de Variao; GL = Graus de Liberdade; SQ = Soma dos Quadrados; QM = Quadrado Mdio; F = Valor de F calculado; Prob.>F= Nvel de probabilidade de erro; * *Significativo ao nvel de 1% de probabilidade; NS = No significativo.

A anlise de comparao de mdias do teor de umidade, apresentados na

tabela 4, demostra que os estabelecimentos 1, 2, 3 e 5 no apresentaram diferena

significativa para o teste aplicado, com 5% de significncia, diferenciando-se apenas

do E4.

38

Tabela 4. Comparao de mdias do teor de umidade da madeira para os cinco

estabelecimentos de coleta das amostras.

Estabelecimento CP TU (%) LSD

E1 12 18,77 A

E2 15 18,73 A

E3 15 21,86 A

E4 15 27,93 B

E5 14 19,05 A

CP = nmero de corpos-de-prova; TU= teor de umidade da madeira; mdias seguidas por letras iguais no diferem significativamente entre si; LSD = Least Significant Difference.

Os teores de umidade apresentados esto prximos ou abaixo do ponto de

saturao das fibras, onde este de 28%, (SILVA e OLIVEIRA. 2003). De acordo

com Barboza (2003), as madeiras que apresentam teor de umidade acima do ponto

de saturao das fibras implica em maiores custos no transporte do material, alm

de ocasionar rendimento energtico menor. Ainda Barboza (2003), descreve que as

madeiras que estejam abaixo do ponto de saturao das fibras devem ser

armazenadas em ambiente coberto para evitar a influncia das precipitaes

(absoro de umidade).

No momento da coleta do material, foi observado que a maioria das pilhas,

tanto de Accia quanto de Eucalipto, apresentavam uma base de isolamento entre o

material lenhoso e o solo, o que facilita a secagem da lenha, alm de evitar o

processo de deteriorao da madeira, quando exposto por longo tempo (GATTO,

2002). Nesses locais o isolamento acaba sendo de grande interesse, pois a maioria

dos estabelecimentos no possuem controle de tempo de armazenamento,

conforme constatado no questionaria aplicado, onde com exceo do E1, os outros

no sabiam quanto tempo suas madeiras ficavam secando at serem utilizadas. J

E1 deixava suas madeiras secando por pelo menos 2 meses antes do uso, o que

justifica seu baixo teor de umidade.

Os valores apresentados na tabela so ideais para serem utilizados como

combustvel, pois esto de acordo com o valor estipulado por Percci et. al (2001),

39

inferior a 30%. Para Farinhaque (1981), um bom aproveitamento da combusto da

madeira se d com teores de umidade abaixo de 25%. J para Quirino (2005), o

contedo de umidade mximo que uma madeira pode ser queimada no forno est

em torno de 65% a 70% em base mida. E Ince (1980), citado por Cunha et al.

(1989), pondera que a quantidade mxima de gua que a madeira pode conter para

entrar em combusto tem sido calculada em aproximadamente 65% na base mida,

pois madeira muito mida, com teor de umidade acima deste limite, necessita

calorias de origem externa para secar e entrar em combusto.

Cunha et. al (1989) afirma que quanto maior o contedo de umidade da

madeira, menor o seu poder de combusto, devido ao processo de evaporao da

umidade, o qual absorve energia em combusto. Farinhaque (1981) assegura que a

madeira com teores acima de 25%, no s reduz acentuadamente a quantia de

calorias, mas tambm a temperatura da cmara de queima e a temperatura dos

gases de escape. Alm disso, o excesso de umidade promove a formao de

crostas de fuligem nas chamins e no interior da cmara de combusto.

4.2 Massa especfica bsica

A massa especfica um dos principais ndices de qualidade da madeira e,

segundo Brasil (1972), citado por Vale (2000), os mtodos que se apoiam na massa

especfica bsica, so os que mais satisfatoriamente medem a quantidade de

substncia madeira por unidade de volume.

Na Tabela 5 apresentada a anlise de varincia para a massa especfica

bsica em funo dos locais de coleta das amostras de madeira. A anlise

apresentou diferena estatstica entre os estabelecimentos ao nvel de 1% de

probabilidade. Dessa forma, foi aplicado o teste LSD, para que se tivesse a

comparao de mdias das massas especficas bsicas dos diferentes

estabelecimentos (Tabela 6).

40

Tabela 5. Anlise de varincia para a massa especfica bsica em funo dos

estabelecimentos de coleta das amostras de madeira.

FV GL SQ QM F Prob.>F

Locais 4 0,40863 0,10216 211,26 0,0000*

Erro 66 0,03192 0,00048 - -

Total 70 0,44055 - - -

Em que: FV = Fonte de Variao; GL = Graus de Liberdade; SQ = Soma dos Quadrados; QM = Quadrado Mdio; F = Valor de F calculado; Prob.>F= Nvel de probabilidade de erro; * *Significativo ao nvel de 1% de probabilidade; NS = No significativo.

Tabela 6. Comparao de mdias da massa especfica bsica para os cincos

estabelecimentos de coleta das amostras

Estabelecimento CP ME (g/cm) LSD

E1 12 0,610 A

E2 15 0,597 B

E3 15 0,587 B

E4 15 0,409 D

E5 14 0,512 C

CP = nmero de corpos-de-prova; ME= massa especfica bsica; mdias seguidas por letras iguais

no diferem significativamente entre si; LSD = Least Significant Difference.

Para a anlise de comparao de mdias da massa especfica bsica,

apenas os estabelecimentos 2 e 3 no apresentaram diferena significativa para o

teste aplicado, com 5% de probabilidade, todos os outros estabelecimentos (E1,

E4 e E5) diferenciaram-se entre si.

Como pode ser observado na Tabela 6, a massa especfica do eucalipto

obteve valores mdios de 0,41 g/cm e 0,51 g/cm, j para as madeiras de accia os

valores mdios foram de 0,61, 0,60 e 0,59 g/cm. Levando em considerao apenas

a massa especfica bsica, que as madeiras dos estabelecimentos E1, E2, E3 e E5,

possuem boas caractersticas para fins energticos. A lenha utilizada em E4

encontra-se abaixo da classificao de moderadamente pesada, onde para

madeiras de eucalipto a massa especfica bsica deve estar entre 0,42 a 0,50 g/cm

41

(USDA, 1987 apud GATTO et al, 2003), assim o estabelecimento 4, tem que

queimar um volume de madeira maior que os outros estabelecimentos.

Quando comparada a massa especfica bsica das madeiras de accia em

relao ao eucalipto, constata-se que os valores, para essa varivel, so superiores,

o que proporciona uma maior eficincia energtica

Comparando a massa especfica (e consequentemente o poder calorfico)

obtida com a de outros materiais, v-se que a utilizao de resduos de grande

interesse, pois alm de se reaproveitar o resduo, tem-se a economia de energia. De

acordo com Precci et. al (2001), no que se refere composio e ao poder

calorfico, os resduos agrcolas so trmicos e quimicamente equivalentes

madeira, merecendo, por essa razo, toda a ateno no momento de sua utilizao

como combustvel, mesmo apresentando energia menos concentrada.

Tabela 7: Poder calorfico de alguns resduos orgnicos

Resduo Umidade

(%) Massa Especfica

(Kg/m) Poder Calorfico

(KJ/Kg)

Casca de Arroz 12 140 12.977

Casca de Amendoim 12 150 12.977

Palha de Trigo 20 160 13.395

Sabugo de Milho 13 220 17.598

Palha de Caf 13 250 15.488

Serragem de madeira 40 300 8.372

Bagao de Cana-de-Aucar 50 150 7.535 Fonte: Precci et. al (2001) - Fontes de Energia para Secagem

Apesar de alguns resduos apresentarem massa especfica menor que os

apresentados pelas espcies de eucalipto e accia, a utilizao de resduos para a

gerao de energia promove a melhoria da qualidade ambiental e

consequentemente do sade, alm de atender a Poltica Nacional de Resduos

Slidos de 2010, que diz em seu Art 36, I - adotar procedimentos para reaproveitar

os resduos slidos reutilizveis e reciclveis oriundos dos servios pblicos de

limpeza urbana e de manejo de resduos slidos.

42

4.3 Poder Calorfico

Para Soares (2011), o poder calorfico indica a capacidade potencial de um

material desprender determinada quantidade de calor, quando submetido queima,

sendo extremamente importante nos processos de tratamento trmico dos resduos.

Na Tabela 8 so apresentados os dados e resultados obtidos da anlise de

varincia para o poder calorfico em funo dos locais de coleta das amostras de

madeira. Pode-se verificar que os valores para essa varivel apresentaram diferena

significativa de 1% de probabilidade.

Tabela 8. Anlise de varincia para o poder calorfico em funo dos

estabelecimentos de coleta das amostras de madeira.

FV GL SQ QM F Prob.>F

Estabelecimentos 4 9,56E+06 2,39E+06 184,9 0,0000*

Erro 66 853034 12924,8

Total 70 1,04E+07

Em que: FV = Fonte de Variao; GL = Graus de Liberdade; SQ = Soma dos Quadrados; QM = Quadrado Mdio; F = Valor de F calculado; Prob.>F= Nvel de probabilidade de erro; * *Significativo ao nvel de 1% de probabilidade; NS = No significativo.

Aps a anlise de comparao de mdias do poder calorfico, verificou-se

que os estabelecimentos 1 e 2 no apresentaram diferena significativa para o

teste aplicado, com 5% de probabilidade. Em relao aos demais

estabelecimentos, observou-se que estes diferenciaram-se entre si, vide tabela 9.

Os valores apresentados abaixo esto prximos com os encontrados por

GATTO et. al (2003), que encontrou para as madeiras de Eucalyptus spp. poder

calorfico de 1.915 KWh/m, para uma umidade de 17% e massa especfica bsica

de 0,44 g/cm. J COUTO et. al (2013), encontraram poder calorfico de 2.567

KWh/m para as madeiras de Accia Negra, para umidade de 20% e massa

especfica de 0,61 g/cm. Portanto, os valores encontrados neste trabalho esto de

acordo com os encontrados na literatura.

43

Tabela 9. Comparao de mdias do poder calorfico da madeira para os cinco

estabelecimentos de coleta das amostras.

CP = nmero de corpos-de-prova; PC = Poder calorfico da madeira; mdias seguidas por letras

iguais no diferem significativamente entre si; LSD = Least Significant Difference.

O poder calorfico da madeira inteiramente influenciado pelo teor de

umidade e pela massa especfica bsica, onde quanto maior o teor de umidade

maior o gasto energtico para evaporar a gua presente na madeira, e quanto

menor a massa especfica bsica menor ser o seu poder calorfico. Atravs da

comparao do poder calorfico entre as duas espcies estudadas, pode-se

perceber que a massa especfica bsica tem grande importncia no poder calorfico,

pois o teor de umidade pode ser controlado atravs do tempo de exposio. Sendo

assim a espcie mais indicada para a combusto, e no caso do estudo para a

coco de alimentos, foi accia, utilizada nos estabelecimentos 1, 2 e 3 (tabela 9).

A diminuio do poder calorfico pela umidade pode ser vista principalmente

nas amostras do estabelecimento 4, onde, como observada na tabela 3, a que

apresenta maior teor de umidade, seguida pelas lenhas do estabelecimento 3, que

apesar de ter uma massa especfica bsica maior que as apresentadas pelas

madeiras de Eucalipto, tambm tem seu poder calorfico diminudo pela umidade.

A utilizao da lenha deve ser analisada junto com outras opes,

considerando a sua combinao com outros fatores, como a existncia de outras

fontes de matria-prima, padres de consumo que lhe sustente e caractersticas

tcnicas de produo (DEVES e FRANCIO, 2007). Como visto, outros tipos de

resduos tambm possuem potencial energtico, e esse reaproveitamento deve ser

analisado, principalmente em locais onde sua disponibilidade seja abundante, visto a

Estabelecimento CP PC (Kwh/m) LSD

E1 12 2606,77 A

E2 15 2552,81 A

E3 15 2435,67 B

E4 15 1612,45 D

E5 14 2184,49 C

44

importncia de investir em energia renovvel para viabilizar o desenvolvimento

econmico integrado questo ambiental, sendo que a utilizao dos resduos

como fonte de energia propicia o desenvolvimento econmico sustentvel.

Nesse contexto, assim como Henriques (2004), v-se a possibilidade de

aproveitamento do biogs (digesto anaerbia), gerado dos resduos slidos, para

uso energtico. O poder calorfico do biogs de 14,9 a 20,5 MJ/m3, ou

aproximadamente 5.800 kcal/m3. Esse valor prximo ao poder calorfico da

madeira, considerado como 4.500 Kcal/Kg, baseado num teor de umidade de 0%.

J comparando o poder calorfico da madeira (4.500 Kcal/Kg para 0% de

umidade) com resduos agrcolas, percebe-se uma fonte interessante de biomassa

para a gerao de energia, pois apesar de apresentarem poder calorfico menor

tem-se a possibilidade de ser briquetado, o que aumenta a densidade desses

resduos e consequentemente o poder calorfico. E conforme pode ser visto por

Quirino et al (2007), a briquetagem permite ter pelo menos 5 vezes mais energia em

1 m3 de briquetes do que em um m3 de resduo.

Visando a comparao em relao ao controle da matria prima, foi aplicado

um questionrio a todos os dos estabelecimentos (em anexo) e verificou-se que

estes no possuem critrios na escolha da madeira, como o dimetro, idade de corte

da rvore e o espaamento do plantio, variveis que afetam a massa especfica

bsica. Alm disso alguns deles desconhecem a madeira que utilizam no tendo

nenhuma restrio na escolha. Tambm verificou-se que nunca testaram outras

fontes, como briquetes, ou at mesmo outra biomassa como fonte de energia.

45

5. CONCLUSES

O teor de umidade e a massa especfica bsica influenciam diretamente o

poder calorfico, logo quanto mais seca estiver a madeira, maior ser o poder

calorfico. E quanto maior for a massa especfica bsica, maior ser o poder

calorfico. Porm a massa especfica bsica mais relevante, pois o teor de

umidade pode ser controlado por tempo de exposio para secagem.

A queima de lenha com alto teor de umidade aumenta os custos de transporte

e diminu a eficincia energtica da lenha. As amostras estudadas no podem assim

ser consideradas, pois seu teor de umidade est igual ou abaixo do ponto de

saturao das fibras, o que representa que toda a gua livre, presente na madeira,

foi evaporada, nesse sentido conveniente que as lenhas se mantenham

protegidas, para que no absorvam umidade do ambiente.

A determinao do poder calorfico muito importante para o uso energtico

da biomassa, pois indica a capacidade potencial de um material de desprender

calor. Formas prticas de determinao e de baixo custo so fundamenteis para

viabilizar suas aplicaes

A partir dos resultados obtidos das amostras analisadas, pode-se concluir que

a accia mais indicada para a gerao de energia atravs da queima direta, pois

apresenta maior poder calorfico, isso se deve ao fato de apresentar maior massa

especfica bsica e, nesse estudo, menor teor de umidade.

46

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55

APNDICE

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

CENTRO DE ENGENHARIAS

ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITRIA

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

Questes para desenvolvimento do Estudo de Caso.

Empresa: _____________________________________________________________________

1) Para que finalidade utilizada a lenha ou madeira no estabelecimento?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

2) Qual a espcie florestal? Qual a idade de corte da rvore? Qual o espaamento utilizado no

plantio das rvores?

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3) Qual o tempo de armazenamento (estocagem) da lenha antes do uso?

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4) Quais as dimenses da lenha utilizada?

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5) J utilizaram outras espcies ou briquete? Qual? Qual apresentou maior eficincia?

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