Poster IC Simpósio VIII
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Universidade Municipal de São Caetano do Sul Obtenção de briquetes produzidos com bagaço e resíduo de limpeza a seco de cana de açúcar Gustavo Henrique Ferreira Chagas, Dra. Juliana Tófano de Campos Leite Toneli CECS UFABC Av. dos Estados, 5001 - Bangu - Santo André {[email protected] , [email protected]} INTRODUÇÃO O uso da biomassa em processos de conversão energética é hoje uma das principais alternativas à utilização dos combustíveis fósseis. Nesse contexto, o aproveitamento energético de resíduos é uma possibilidade de uso da biomassa como fonte de energia sem competir com a área plantada para o cultivo de alimentos. Dentre as principais limitações do uso da biomassa para fins energéticos, podem ser destacadas algumas características como a baixa densidade, a produção dispersa, o estado físico sólido e a umidade, que dificultam o seu manuseio, armazenamento, transporte e aplicação nos processos de conversão energética, devido às limitações dos equipamentos. Uma solução para esses problemas é a densificação da biomassa, por meio da produção de pellets ou briquetes. Neste sentido, o presente trabalho objetiva avaliar o efeito das condições de processamento nas propriedades de briquetes produzidos com bagaço de cana de açúcar e com a biomassa residual coletada após o processo de limpeza a seco de cana picada mecanicamente (RLC), visando o seu aproveitamento energético em processos industriais de cogeração. Caracterizar o bagaço e o resíduo do sistema de limpeza a seco da cana-de- açúcar; determinar as curvas de secagem do bagaço e do RLC; estudar o processo de compactação do bagaço e RLC, por meio da avaliação do efeito do teor de água, da temperatura e da taxa de compactação sobre a resistência mecânica e densidade energética dos briquetes. Metodologia Para a caracterização do bagaço e do RLC, todos testes foram feitos em triplicata. Análise Granulométrica: Feita de acordo com a norma ASTM D4749-87 - Standard test method for performing the sieve analysis of coal and designating coal size (1987), onde as amostras foram peneiradas em uma série de peneiras, as massas parcieais foram medidas e com os dados foram determinados o tamanho médio do particulado de cada amostra. Densidade a Granel: A razão massa medida da amostra em um béquer de 1 litro e o volume correspondente. Poder calorífico: Com auxílio de uma prensa manual (IKA C21) as amostras com cerca de um grama em forma de pastilha foram colocadas em uma bomba colorimétrica (IKA C2000), que gera os dados de por calorífico superior (PCS). Associado aos dados de análise elementar, foi encontrado o poder calorífico inferior (PCI). Análise Imediata: O teor de umidade foi determinado a partir de uma balança determinadora de umidade (SHIMADZU MOC63), colocando um grama de amostra. O material volátil foi determinado colocando um grama de cada amostra em uma mufla a 950°C por 7 minutos e então constatada a diferença de massa. O teor de cinzas foi encontrado colocando duas gramas de de amostra em um cadinho e em uma mufla a 250°C por trinta minutos e em seguida a 575°C por três horas, onde a massa inerte corresponde a cinza; o teor de carbono fixo seria a porcentagem residual subtraindo os voláteis e as cinzas; a análise elementar foi feita a partir de um analisador elementar, usando ácido benzóico padrão. As curvas de secagem foram determinadas utilizando uma estufa de convecção forçada, com diferentes temperaturas (40, 50 e 60°C), medindo as massas em determinados intervalos de tempo, até o momento em que a umidade se estabilizou. A compactação dos briquetes doi feita em quadruplicata, com uma prensa hidraulica (MARCONI MPH-15), a uma pressão de 127MPa durante 30 segundos, seguindo um planejamento experimental 2³, onde as variáveis analisadas foram a umidade (5%-15%), a temperatura (25°C-90°C) e a composição do briquete (0-100% de bagaço). Os resultados das tabelas 1 e 2 caracterizam e diferenciam os dois resíduos da cana-de- açúcar. Os resultados sugerem que, a granel, o bagaço tem um maior potencial energético que o RLC. Em relação ao adensamento, os resultados sugerem, com 95% de confiança, que apenas a temperatura teve efeito significativo sobre a densidade energética. Quanto maior a temperatura de compressão, maior a densidade energética, como pode ser visto na figura 1. Os resultados de resistência sugerem, com confiança de 92%, que todas as variáveis tem um impacto significativo na resistência a tração do briquete. A umidade e a temperatura impactam de forma positiva, ou seja, quanto maior a umidade e/ou temperatura na compactação do briquete, maior a resistência. Já a composição atuou de forma negativa, quanto maior a proporção de bagaço na composição, menor a resistência. Esses resultados podem ser vistos nas figuras 2, 3 e 4. Resultados Dos briquetes obtidos foi feita a densidade aparente, a fim de analisar o adensamento; a expansão longitudinal, medindo em intervalos de 24 horas as dimensões do briquete durante 96 horas no total; e a resistência a tração, feita por uma máquina de ensaios universal (INSTRON 4465), colocando o briquete de forma transversal, onde a máquina comprimiu o mesmo a uma velocidade de 3mm/min até a falha. Objetivos AGRADECIMENTOS Amostra RLC Bagaço Umidade % 6,79 ±0,10 6,85 ±0,06 Voláteis (%) 77,28 ±0,30 89,48 ±0,73 Cinzas (%) 11,19 ±0,12 1,60 ±0,01 Carbono Fixo (%) 11,53 ±0,32 8,92 ±0,73 PCS (MJ/kg) 16,53 ±0,06 18,43 ±0,06 D. Médio (mm) 2,28 ±0,39 1,17 ±0,04 Densidade (kg/m³) 158,7±2,0 181,2±2,6 Amostra C (%) H (%) N (%) O*(%) PCI (MJ/kg) RLC 39,73 5,75 0,2 9 54,24 15,27 ±0,06 Bagaço 44,37 5,92 0,1 5 49,57 17,14 ±0,06 Tabela 1 – Caracterização das amostras Tabela 2 – Analise elementar e PCI > 14500 < 14500 < 14000 < 13500 < 13000 < 12500 < 12000 Figura 1 – Composição x Temperatura x Densidade Energética > 500 < 500 < 400 < 300 < 200 > 400 < 400 < 300 < 200 < 100 > 500 < 500 < 400 < 300 7.5 37.5 67.5 97.5 127.5 157.5 187 .5 217 .5 247 .5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Curva de secagem da Palha 60ºC 50ºC 40º Tempo (minutos) Taxa de secagem (%/min) Figura 1 – Temperatura x Umidade x Resisência Figura 3 – Composição x Umidade x Resistência Figura 4 – Composição x Temperatura x Resistência As curvas de secagem obtidas podem ser guia para compreender a velocidade de secagem em relação ao tempo. Concluindo, os resultados sugerem que os briquetes de maior densidade energética são os de RLC a 90°C, e os de maior resistência são de RLC, 90ºC e tem 15% de umidade, levando em conta o espectro estudado.
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Universidade Municipal
de São Caetano do Sul
Obtenção de briquetes produzidos com bagaço e resíduo de limpeza a
seco de cana de açúcarGustavo Henrique Ferreira Chagas, Dra. Juliana Tófano de Campos Leite Toneli
CECS UFABCAv. dos Estados, 5001 - Bangu - Santo André
{[email protected], [email protected]}INTRODUÇÃO
O uso da biomassa em processos de conversão energética é hoje uma das principais
alternativas à utilização dos combustíveis fósseis. Nesse contexto, o aproveitamento
energético de resíduos é uma possibilidade de uso da biomassa como fonte de energia sem
competir com a área plantada para o cultivo de alimentos. Dentre as principais limitações
do uso da biomassa para fins energéticos, podem ser destacadas algumas características
como a baixa densidade, a produção dispersa, o estado físico sólido e a umidade, que
dificultam o seu manuseio, armazenamento, transporte e aplicação nos processos de
conversão energética, devido às limitações dos equipamentos. Uma solução para esses
problemas é a densificação da biomassa, por meio da produção de pellets ou briquetes.
Neste sentido, o presente trabalho objetiva avaliar o efeito das condições de processamento
nas propriedades de briquetes produzidos com bagaço de cana de açúcar e com a biomassa
residual coletada após o processo de limpeza a seco de cana picada mecanicamente (RLC),
visando o seu aproveitamento energético em processos industriais de cogeração.
Caracterizar o bagaço e o resíduo do sistema de limpeza a seco da cana-de-açúcar;
determinar as curvas de secagem do bagaço e do RLC; estudar o processo de compactação
do bagaço e RLC, por meio da avaliação do efeito do teor de água, da temperatura e da taxa
de compactação sobre a resistência mecânica e densidade energética dos briquetes.Metodologia
Para a caracterização do bagaço e do RLC, todos testes foram feitos em triplicata.
Análise Granulométrica: Feita de acordo com a norma ASTM D4749-87 - Standard test
method for performing the sieve analysis of coal and designating coal size (1987), onde as
amostras foram peneiradas em uma série de peneiras, as massas parcieais foram medidas e
com os dados foram determinados o tamanho médio do particulado de cada amostra.
Densidade a Granel: A razão massa medida da amostra em um béquer de 1 litro e o
volume correspondente.
Poder calorífico: Com auxílio de uma prensa manual (IKA C21) as amostras com cerca de
um grama em forma de pastilha foram colocadas em uma bomba colorimétrica (IKA C2000),
que gera os dados de por calorífico superior (PCS). Associado aos dados de análise
elementar, foi encontrado o poder calorífico inferior (PCI).
Análise Imediata: O teor de umidade foi determinado a partir de uma balança
determinadora de umidade (SHIMADZU MOC63), colocando um grama de amostra. O
material volátil foi determinado colocando um grama de cada amostra em uma mufla a
950°C por 7 minutos e então constatada a diferença de massa. O teor de cinzas foi
encontrado colocando duas gramas de de amostra em um cadinho e em uma mufla a 250°C
por trinta minutos e em seguida a 575°C por três horas, onde a massa inerte corresponde a
cinza; o teor de carbono fixo seria a porcentagem residual subtraindo os voláteis e as
cinzas; a análise elementar foi feita a partir de um analisador elementar, usando ácido
benzóico padrão.
As curvas de secagem foram determinadas utilizando uma estufa de convecção forçada,
com diferentes temperaturas (40, 50 e 60°C), medindo as massas em determinados
intervalos de tempo, até o momento em que a umidade se estabilizou.
A compactação dos briquetes doi feita em quadruplicata, com uma prensa hidraulica
(MARCONI MPH-15), a uma pressão de 127MPa durante 30 segundos, seguindo um
planejamento experimental 2³, onde as variáveis analisadas foram a umidade (5%-15%), a
temperatura (25°C-90°C) e a composição do briquete (0-100% de bagaço).
Os resultados das tabelas 1 e 2 caracterizam e
diferenciam os dois resíduos da cana-de-açúcar. Os
resultados sugerem que, a granel, o bagaço tem um
maior potencial energético que o RLC.
Em relação ao adensamento, os resultados sugerem,
com 95% de confiança, que apenas a temperatura teve
efeito significativo sobre a densidade energética. Quanto
maior a temperatura de compressão, maior a densidade
energética, como pode ser visto na figura 1.
Os resultados de resistência sugerem, com confiança
de 92%, que todas as variáveis tem um impacto
significativo na resistência a tração do briquete. A
umidade e a temperatura impactam de forma positiva, ou
seja, quanto maior a umidade e/ou temperatura na
compactação do briquete, maior a resistência. Já a
composição atuou de forma negativa, quanto maior a
proporção de bagaço na composição, menor a
resistência. Esses resultados podem ser vistos nas figuras
2, 3 e 4.
Resultados
Dos briquetes obtidos foi feita a densidade aparente, a fim de analisar o adensamento; a
expansão longitudinal, medindo em intervalos de 24 horas as dimensões do briquete durante 96
horas no total; e a resistência a tração, feita por uma máquina de ensaios universal (INSTRON 4465),
colocando o briquete de forma transversal, onde a máquina comprimiu o mesmo a uma velocidade
de 3mm/min até a falha.
Objetivos
AGRADECIMENTOS
Amostra RLC Bagaço
Umidade %
6,79 ±0,10 6,85 ±0,06
Voláteis (%)
77,28 ±0,30 89,48 ±0,73
Cinzas (%) 11,19 ±0,12 1,60 ±0,01
Carbono Fixo (%)
11,53 ±0,32 8,92 ±0,73
PCS (MJ/kg)
16,53 ±0,06 18,43 ±0,06
D. Médio (mm)
2,28 ±0,39 1,17 ±0,04
Densidade (kg/m³)
158,7±2,0 181,2±2,6
Amostra C (%) H (%)
N (%)
O*(%)
PCI (MJ/kg)
RLC 39,73 5,75 0,29 54,24 15,27 ±0,06
Bagaço 44,37 5,92 0,15 49,57 17,14 ±0,06
Tabela 1 – Caracterização das amostras Tabela 2 – Analise elementar e PCI
> 14500 < 14500 < 14000 < 13500 < 13000 < 12500 < 12000
Figura 1 – Composição x Temperatura x Densidade Energética
> 500 < 500 < 400 < 300 < 200
> 400 < 400 < 300 < 200 < 100
> 500 < 500 < 400 < 300
7.522.5
37.552.5
67.582.5
97.5112.5
127.5142.5
157.5172.5
187.5202.5
217.5232.5
247.5262.5
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Curva de secagem da Palha
60ºC 50ºC 40º
Tempo (minutos)
Taxa
de
seca
gem
(%/m
in)
Figura 1 – Temperatura x Umidade x Resisência
Figura 3 – Composição x Umidade x Resistência Figura 4 – Composição x
Temperatura x Resistência
As curvas de secagem obtidas podem ser guia para compreender a velocidade de secagem em relação ao tempo.
Concluindo, os resultados sugerem que os briquetes de maior densidade energética são os de RLC a 90°C, e os de maior resistência são de RLC, 90ºC e tem 15% de umidade, levando em conta o espectro estudado.
