Aplicabilidade das Cinzas de Casca de Arroz

Uma produção industrial ideal é aquela que gera resíduo zero. Sabe-se que no caso da geração de energia pela combustão direta, o resíduo final é a cinza impura, se essa cinza for descartada no meio ambiente, provocará poluição, pois se sabe que a cinza gerada na combustão apresenta certa quantidade de carbono residual, que é um grave poluente para o solo (FOLETTO et al, 2005). Além disso, a cinza é considerada altamente prejudicial à saúde humana, devido ao elevado teor de sílica que pode ocasionar, quando em grande exposição, uma afecção pulmonar conhecida como "silicose" (BEZERRA et al, 2011).

Fica evidente que o aproveitamento adequado das cinzas resultará em benefício ao processo de conservação ambiental (FOLETTO et al, 2005). Uma vez que a reciclagem de materiais, tais como entulhos, resíduos agrícolas, resíduos industriais e resíduos de mineração, entre outros, contribuem para a preservação ambiental (LIMA et al, 2008). Ademais, seria um grande desperdício de matéria- prima nobre jogá-la fora, já que pode ser usada em vários ramos industriais, tais como construção civil, cerâmica, indústria química, entre outros (FOLETTO et al, 2005). No Quadro 6 está apresentada a composição química da cinza de casca de arroz.

Quadro 6 – Composição química da cinza da casca de arroz.

Componentes Resultados (%) SiO2 83,41 K2O 2,53 Al2O3 1,97 Demais óxidos 2,54 Perda ao fogo 9,55

Fonte: Tiboni (2007), Souza (2008), Cordeiro et al. (2009b) e Silva et al. (2009). Citado por Bezerra et al. (2011).

Segundo Weber (2001) o componente predominante da cinza é a sílica, com aproximadamente 94 a 96%; valores próximos ou abaixo de 90% costumam indicar uma mistura de farelo ou outro material com baixa quantidade de sílica na amostra. Em geral, a cinza pode ser considerada sílica ligeiramente impura. Cinzas produzidas por combustão sem controle são normalmente cristalinas e de baixo valor pozolânico, a combustão controlada inverte essa situação, produzindo cinzas altamente pozolânicas (MALHOTRA, 1993 apud WEBER, 2001).

Estudos experimentais realizados na Universidade da Califórnia indicam que, para obter condições ótimas de queima para a produção de cinzas com reatividade pozolânica, a temperatura de queima situa-se na faixa de 500 a 700 °C ou, para combustão em menos de 1 minuto em temperaturas entre 700 e 800 °C (MEHTA, 1992 apud DAFICO, 2008).

Este elevado teor de sílica torna a cinza de casca de arroz valorizada, mas este resíduo só terá alto valor econômico se tiver alta qualidade, caracterizada pela elevada superfície específica, tamanho e pureza de partícula (FOLETTO et al., 2005).

As aplicações mais usuais das cinzas de casca de arroz são: produção de carbeto de silício (SiC) como reforços para a produção de cerâmicas resistentes e componentes de matrizes metálicas. Produção de sílica pura utilizado em produtos que requerem um rígido controle de suas propriedades físico-químicas, como tintas. Desde 1975 estuda-se a utilização da cinza como carga de polímeros, pois, promovem uma carga de reforço em compostos de borracha natural, melhoram o desempenho com base na melhora das propriedades mecânicas como dureza, tensão, elongação e acréscimo de massa. Produção de cimento, devido sua grande quantidade de sílica diminui a resistência à compressão, aumenta a durabilidade do concreto e reduz a porosidade (FOLETTO et al, 2005).

Dentre os principais benefícios da utilização dos resíduos estão: a redução no consumo de recursos naturais não renováveis, quando substituídos por resíduos reciclados; redução de áreas necessárias para aterros; redução da poluição (JOHN et al, 2003 apud LAJARA, 2011).

5 METODOLOGIA

Para entender como a biomassa pode substituir um combustível usualmente utilizado foi necessário pesquisar a respeito da aplicação destes combustíveis alternativos para serem usados como fontes energéticas nas usinas termoelétricas. Bem como consultar trabalhos já elaborados sobre o uso da casca do arroz, seus dados técnicos e os resíduos gerados no processo de queima.

Para tanto, Gil (1991) considerou que uma pesquisa desenvolvida com base em material já produzido, principalmente artigos científicos e livros é chamada de: pesquisa bibliográfica. Silva & Mendes (2005) compartilham desta ideia, porém incluem a internet como um importante meio para obtenção de material.

Desta forma, o criterioso processo de pesquisa e a filtragem das informações obtidas tornaram-se fundamentais para uma pesquisa com foco e precisão no tema abordado.

Após a realização da pesquisa bibliográfica, com a obtenção de dados técnicos sobre a razão entre arroz em casca produzido e a quantidade de casca gerada, o poder calorífico da biomassa e a quantidade cinza gerada no processo de queima. Buscou-se estudar o potencial de geração de energia elétrica através da casca de arroz, utilizando informações sobre produção por região no Brasil para a safra de 2012, publicadas pelo IBGE.

Para o cálculo de potencial energético de geração de energia elétrica adotou-se a metodologia desenvolvida por Coelho et al. (2002) em ciclo simples de turbina a vapor (ciclo Rankine). A equação do potencial energético em megawatt por ano de geração de energia elétrica é dado pela Equação (1):

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Onde, a casca representa 30% do peso total do arroz em casca, a eficiência de conversão (n) adotada para resíduos é de 15% em ciclos a vapor de pequeno porte, o poder calorífico inferior (PCI) corresponde a 3.384,09 kcal/kg (COELHO, PALETTA & FREITAS, 2000), utiliza-se o PCI, pois este representa a quantidade de calor necessária para produzir um quilo de combustível, através da combustão deste com o excesso de ar e gases de descarga, resfriados até o ponto de ebulição da água, evitando sua condensação. Nos motores endotérmicos a água se encontra no estado de vapor e a temperatura dos gases de combustão é muito elevada, por isto, deve-se considerar o PCI (MEDEIROS & CARDOSO, 2010). A conversão de unidades (de kcal/kg para kWh/kg) é dada pela divisão por 860. Considerando que o sistema opere durante todo o ano e que a operação ocorra em 95% das horas anuais, que resulta em 8.322 horas de operação por ano (COELHO et al, 2008).

Utilizando a mesma metodologia, definiu-se a quantidade de arroz em casca e de casca de arroz necessários para produzir 1 MWh de energia em uma planta termoelétrica em ciclo de Rankine. Calculou-se, também, a quantidade de cinza gerada no processo de combustão da casca de arroz, que corresponde a 18% do volume da biomassa, e identificou-se as principais alternativas para utilização destas cinzas.

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1 POTENCIAL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DE CASCA