3.2 CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA A SER UTILIZADA NOS TESTES
3.2.1 CARACTERIZAÇÃO DO EUCALIPTO NOS LABORATÓRIOS DO NEST
A descrição e caracterização da biomassa conforme encontrado na literatura já foi apresentada no item 2.4.2.1 do capítulo 2. Em seguida é apresentada a caracterização do eucalipto nos laboratórios do NEST. Esta caracterização foi realizada por Oliveira, (2014) e será considerada para os cálculos deste trabalho.
Para a caracterização do eucalipto foram utilizados pedaços da madeira escolhidos de forma aleatória de uma amostra de 1.000 [kg] aproximadamente. Para a realização da análise elementar (CHNS), as amostras de eucalipto foram picadas num moinho de martelo para redução de sua granulometria, em sequência num moinho de esfera para obtenção de uma amostra em forma de pó. Imagens deste processo podem ser vistos na Figura 50.
Figura 50: Preparação de amostras de eucalipto para análise (Oliveira, 2014).
3.2.1.1 Análise elementar e imediata do eucalipto
O analisador CHNSO da Perkin Elmer series II 2400 do laboratório do NEST/UNIFEI, que pode ser visto na Figura 51, foi utilizado para a determinação da composição elementar (C, H, N, S, O) do eucalipto em conjunto com uma balança que faz a medição da massa da amostra que deve ser menor que 3 mg e pode ser vista na Figura 52. Como o analisador não esta equipado para a determinação do valor de O2, este foi determinado analiticamente por diferença.
Como o analisador CHNS trabalha com amostras com granulometria entre 2-3 [mg], houve a necessidade da redução da granulometria e homogeneização para garantir a representatividade da amostra.
Figura 51: Analisador CHNSO da Perkin Elmer series II 2400.
(Oliveira, 2014).
Figura 52: Balança conectada ao Analisador CHNSO da Perkin Elmer series II 2400.
(Oliveira, 2014).
Foi usado o analisador termogravimétrico da marca LECO 701, que pode ser visto na Figura 53, para a realização da análise imediata (cinzas, voláteis, carbono fixo). Na Figura 54 podem ser vistas amostras depois de realizada à análise termogravimétrica.
Figura 53: Analisador termogravimétrico TGA LECO.
(Oliveira, 2014).
Figura 54: Amostras depois de realizada à análise termogravimétrica.
(Oliveira, 2014).
A composição elementar do eucalipto em bases seca e úmida, sendo considerados valores médios, é apresentado na Tabela 10.
Tabela 10: Composição elementar do eucalipto em bases seca e úmida (valores médios). (Oliveira, 2014). Elementos da composição elementar da biomassa % Fração (Base seca sem cinzas e umidade) (Kgelemento/kgbiomassa)
Fração (Base úmida sem
cinzas) (Kgelemento/kgbiomassa)
Fração (Base úmida com cinzas e umidade) (Kgelemento/kgbiomassa) C 49,00 0,490 0,43520 0,4318284 H 6,30 0,063 0,05596 0,0555208 N 0,30 0,003 0,00267 0,0026438 O 44,40 0,444 0,39516 0,3912894
A análise imediata do eucalipto, sendo considerados valores médios, é apresentada na Tabela 11.
Tabela 11: Análise imediata do eucalipto (valores médios). (Oliveira, 2014).
Amostra biomassa Umidade (W
t ) (%) Voláteis (%) Cinzas (At) (%) Carbono Fixo (%) Eucalipto 11,17 72,862 0,79 15,178
3.2.1.2 Granulometria
Segundo Patiño, (2009) os combustíveis sólidos podem apresentar grande variação em sua granulometria devido aos processos de fabricação. Isso pode ocorrer também nos combustíveis não processados, pelos métodos de obtenção, transporte e manipulação.
O cavaco de eucalipto pode ter variação em sua granulomentria devido ao processo de corte e picagem da madeira. Esta variação de tamanho para um mesmo material pode variar desde pequenas partículas que formam uma massa que pode não chegar a reagir por completo no leito até de magnitude maior. O comportamento de uma e de outra é bastante diferente, uma vez que as partículas menores apresentam maior superfície por unidade de volume e consequentemente uma melhor transferência de calor de seu entorno, o que modificará os tempos de secagem e devolatilização influenciando o processo de combustão.
Foi então necessário o ajuste da granulometria. Este ajuste foi feito por Patiño, (2009) utilizando expressão do tipo Rosin-Rammler, como mostrado na Figura 55 e pode ser empregado também para o ajuste da granulometria do cavaco de eucalipto.
Figura 55: Comprimento característico (λ) do combustível cuja granulometria foi ajustada por uma distribuição Rosin-Rammler.
(Patiño, 2009). Onde:
l = Comprimento da partícula d = Diâmetro da partícula
A Figura 56 mostra a caracterização geométrica da partícula representativa do combustível cujas dimensões são:
λ = comprimento característico da distribuição d1 = largura da partícula
d2 = Espessura da partícula
Figura 56: Caracterização geométrica da partícula representativa do combustível. (Patiño, 2009).
A massa da partícula característica pode ser calculada pela equação 8.
(8) Onde:
Vp = Volume da partícula
ρp = Massa específica da partícula
O volume da partícula pode ser calculado pela equação 9.
(9) Uma vez conhecida a partícula característica representativa do combustível, pode-se calcular o raio de sua esfera equivalente (req), com mostrado na equação 10. A equação 11 mostra o cálculo da superfície equivalente e a equação 12 sua esfericidade (ψ), definida como a razão entre a superfície da esfera equivalente e a superfície da partícula.
(
(
) ( ) (11)
( ) (12)
Onde:
Vesf = Volume da esfera equivalente req = Raio equivalente
Sesf = Superfície da esfera equivalente Vp = Volume da partícula
Sp = Superfície da partícula ψ = Esfericidade
A densidade de empacotamento, aparente ou a granel (ρemp) é a relação entre o volume ocupado pela massa de partículas e o volume total de seu conteúdo.
Finalmente pode-se determinar a porosidade do leito (ε) como mostrado na equação 13.
(13)
Onde:
ρemp = Densidade de empacotamento ρp = Massa específica da partícula ε = Porosidade
Nas proximidades das paredes do leito pode ocorrer uma ordenação forçada de partículas denominada Efeito de Parede. Para se evitar tal efeito deve-se utilizar a dimensão lateral e a altura do leito pelo menos 10 vezes maior que a dimensão média das partículas que o formam (Patiño, 2009)
As características de granulometria consideradas para o trabalho podem ser as mesmas calculadas por Patiño (2009), uma vez que foi realizado o estudo granulométrico para o
cavaco de pinus, que tem a densidade similar ao cavaco de eucalipto que será utilizado neste trabalho.
A Tabela 12 mostra as propriedades das partículas e do empacotamento do leito para o cavaco de pinus.
Tabela 12: Propriedades das partículas e do empacotamento do leito para o cavaco de pinus. (Patiño, 2009). Amostra biomassa req [mm] ψ [-] ρp [kg/m3] ρemp [kg/m3] ε [-] Cavaco de Pinus 1,30 0,30 530 150 0,72