Bancada de testes Experimentos fluidodinâmicos com o capim elefante

3.4.1. Distribuição de tamanhos de partícula

Uma das análises físicas mais importantes em termos de caracterização dos combustíveis sólidos é a determinação da sua distribuição granulométrica. Esta análise caracteriza a distribuição das partículas do material em frações atendendo às suas dimensões. O processo de caracterização de tamanhos das partículas do combustível é muito delicado, isto porque os resultados finais dependerão, segundo o método utilizado, de fatores tais como: metodologia e normas utilizadas, equipamento, tempo de análise, tamanho da amostra, além de outros.

Para a determinação da distribuição de tamanhos das partículas de capim elefante optou-se, neste trabalho, pelo método das peneiras padronizadas. O resultado da análise por peneiragem é influenciado pelo tamanho relativo da amostra, pelo tempo de peneiragem ou classificação e pelo equipamento utilizado.

Baseado nestes critérios e considerando as normas existentes para a realização deste tipo de análise para outros materiais (veja item 3.3.2), decidiu-se trabalhar segundo o seguinte método:

• Nas amostras previamente selecionadas de material foi tirada uma sub-amostra. Esta sub- amostra foi quarteada várias vezes e um quarto dela foi seca em estufa durante 24 horas. Esta amostra seca em estufa foi novamente quarteada e um quarto deixada em um saco aberto à atmosfera, por vários dias, até atingir a umidade de equilíbrio à temperatura ambiente;

• Colocou-se a série de peneiras selecionadas no equipamento vibratório;

A série consistiu de 14 peneiras metálicas de secção circular com malha metálica e orifícios quadrados, divididas em 3 baterias, duas (2) de 5 peneiras e a outra (1) de 4 peneiras, quando montadas no equipamento vibrador.

Procuramos seguir, quando possível, a norma de formar uma série tipo an =an−1 2, e de

usar um número viável de peneiras, de acordo com a observação realizada de que este material apresentava uma elevada dispersão de tamanhos de partícula. Utilizou-se as peneiras padronizadas da série ABNT com as características listadas na Tabela 3.1.

TABELA 3.1. SÉRIE DE PENEIRAS UTILIZADAS NA ANÁLISE DE DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO CAPIM

ELEFANTE

Série ABNT Abertura, mm

1/2* 12,7 3/8* 9,52 1/4* 6,35 4 4,76 6 3,36 8 2,38 10 2,00 12 1,68 16 1,19 18 1,00 20 0,84 30 0,59 40 0,42 50 0,297

Observações: O sobrescrito (*) na série ABNT indica polegadas. Os outros valores indicam mesh.

• 40 gramas de capim pré-tratado foram colocadas na peneira superior (peneira de maior abertura). Coloca-se uma tampa e o conjunto é fixado na máquina vibratória;

• Algumas experiências prévias realizadas com este tipo de material, permitiram comprovar que o tempo tecnicamente confiável e econômico para a peneiragem era de aproximadamente 20 minutos;

• Foram pesadas em balança eletrônica digital de até 2 casas decimais as frações retidas em cada peneira, e posteriormente calculadas as porcentagens com relação ao peso total da amostra final.

Comumente calcula-se a dimensão característica (diâmetro de partícula) da enésima fração mássica, considerada entre a abertura de duas peneiras adjacentes, para as análises posteriores (BERNHARDT, 1993).

Para o conjunto de partículas (de forma não esférica e de variados tamanhos) que compõem a biomassa, pode-se definir um diâmetro médio. O diâmetro médio definido em termos da área superficial das partículas, como descrito por KUNII e LEVENSPIEL (1977), é calculado a partir da seguinte equação:

∑

x é a fração mássica das partículas com diâmetro médio igual a ;

i

p

d

i p

d é o diâmetro médio das partículas retidas entre uma peneira e a sua subsequente, mm.

3.4.2. Arranjo experimental para a determinação da velocidade de arraste

Os experimentos de velocidade de arraste para as partículas de capim elefante foram realizados numa instalação experimental construída por este autor na Faculdade de Engenharia Agrícola-FEAGRI da UNICAMP. Uma foto do sistema de testes é mostrada na Figura 3.7 e um esquema da instalação experimental se mostra na Figura 3.8.

FIGURA 3.7. FOTO DO SISTEMA EXPERIMENTAL PARA A DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE ARRASTE DAS PARTÍCULAS DE CAPIM ELEFANTE

FIGURA 3.8. ESQUEMA DO SISTEMA EXPERIMENTAL PARA

A DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE ARRASTE DAS PARTÍCULAS DE CAPIM ELEFANTE

A instalação é do tipo de coluna de fluidização, sendo suas principais partes as seguintes:

1. uma coluna de fluidização de 1200 mm de altura e 25 mm de diâmetro interior,construída em vidro;

2. uma base metálica que serve de suporte à coluna de fluidização e onde a biomassa era colocada no início de cada ensaio;

3. uma placa distribuidora do gás de fluidização (ar), de orifícios redondos de 0,6 mm de diâmetro, área aberta de 19,2% e densidade de orifícios de 70 orifícios/cm2;

4. o ar era suprido por um ventilador centrífugo com motor elétrico JOMAR tipo ET2, potência de 1 CV e 3600 r.p.m.; 1 2 3 4 5 6 7 LEGENDA Ventilador centrífugo Linha de ar Saída ao meio ambiente Válvula de regulação da taxa de ar

Medidor de velocidade local Base da coluna de fluidização Topo da coluna de fluidização P T - Pressão Estática - Temperatura T P P T P T P 4 3 A 2 1 5 6 7 1 2 0 0

tipo tubo Pitot

5. a medida da velocidade do ar era conseguida através de um tubo estático de Pitot situado na tubulação de ar à distância recomendada;

6. as medidas de temperatura eram realizadas com termômetro de líquido em vidro de mercúrio e escala de 0oC a 60oC para a medida da temperatura ambiente, precisão de 0,5oC, e escala de 0oC a 210oC, precisão de 1oC, para a medida da temperatura do ar; 7. um manômetro de coluna inclinada para a medição da pressão dinâmica e estática

CA (coluna de água) e precisão de 1 mm CA, usando-se como líquido manométrico um óleo (do fabricante) de gravidade específica igual a 0,784 a 20oC;

8. um manômetro diferencial para a medição da perda de carga na placa distribuidora com água como líquido manométrico, de gravidade específica igual a 1 a 20oC, escala de 0 a 430 mm CA e presição de 1 mm CA;

9. balança de laboratório GEHAKA, modelo BG 2000, de carga máxima de 2000 gramas e precisão de 0,01 gramas;

10. válvulas e acessórios completam o sistema.

Os experimentos foram realizados com capim elefante para várias faixas de tamanhos de partículas, e os resultados levantados correspondem com as curvas de função de distribuição da velocidade terminal. A curva de densidade de distribuição nos oferece o valor mais provável deste parâmetro para a classe de tamanhos das partículas considerado.

3.5. Propriedades físico-químicas e da análise termogravimétrica e calorimetria