3 Operações de tratamento da biomassa florestal
4.2 Laboratório
4.2.2 Combustão da biomassa
4.2.2.1 Descrição dos ensaios de
Tendo em vista o uso da biomassa arbustiva ensaios de combustão, num
Estes ensaios têm como principal objectiv combustão, para posterior análise química cloreto e amónia.
O fogão utilizado (Figura 4
de combustão de 34 cm de altura, 36 cm de comprimento e 6
exterior tem 67 cm de altura, 43,5 cm de comprimento e 71,3 cm de la dos gases de combustão é feita a partir de
22 cm de diâmetro.
Figura 4: Instalação experimental usada nos ensaios de combustão.
Para estes ensaios foram
Estes arbustos foram recolhidos na mesma área florestal, mas distintas, no âmbito de outro trabalho experime
tratamento da biomassa recolhida na presente
biomassa recolhida ficou no coberto a secar durante 27 meses, enquanto a outra parte ficou durante 15 meses numa pilha na floresta a receber o tratamento de lixiviação e ao fim deste tempo foi levada para o coberto durante
Combustão da biomassa
nsaios de combustão da biomassa arbustiva Tendo em vista o uso da biomassa arbustiva como biocombustível, efectu
, num fogão doméstico utilizado para aquecimento de espaços Estes ensaios têm como principal objectivo a obtenção de cinzas provenientes combustão, para posterior análise química e a determinação das emissões gasosas
Figura 4), da marca Solzaima, modelo Sahara 124-A, tem uma câmara de combustão de 34 cm de altura, 36 cm de comprimento e 60 cm de largura. A caixa
tem 67 cm de altura, 43,5 cm de comprimento e 71,3 cm de la dos gases de combustão é feita a partir de um tubo exaustor com 3,3
Instalação experimental usada nos ensaios de combustão.
m usados arbustos de tojo (Ulex), lixiviados e não lixiviados Estes arbustos foram recolhidos na mesma área florestal, mas em zonas de amostragem
, no âmbito de outro trabalho experimental, recebendo o mesmo tipo de omassa recolhida na presente zona de amostragem
biomassa recolhida ficou no coberto a secar durante 27 meses, enquanto a outra parte ficou durante 15 meses numa pilha na floresta a receber o tratamento de lixiviação e ao fim deste tempo foi levada para o coberto durante 12 meses. A biomassa
como biocombustível, efectuaram-se alguns utilizado para aquecimento de espaços. o a obtenção de cinzas provenientes da emissões gasosas de
A, tem uma câmara 0 cm de largura. A caixa tem 67 cm de altura, 43,5 cm de comprimento e 71,3 cm de largura. A exaustão um tubo exaustor com 3,3 metros de altura e
Instalação experimental usada nos ensaios de combustão.
lixiviados e não lixiviados. em zonas de amostragem ntal, recebendo o mesmo tipo de zona de amostragem. Uma parte da biomassa recolhida ficou no coberto a secar durante 27 meses, enquanto a outra parte ficou durante 15 meses numa pilha na floresta a receber o tratamento de lixiviação e ao A biomassa usada para os
ensaios de combustão teve de com um peso inferior a 0,50
ajustar o volume das cargas de biomassa às dimensões da
Determinou-se a densidade da biomassa recorrendo aos feixes de tojo previamente pesados e colocando-os em uma caixa de volume conhecido até enche
Antes de iniciar os ensaios de combustão
recolha de cinzas, para garantir que as cinzas recolhidas realizado. O sistema de amostragem
cloreto e amónia, foi instalado
combustão durante os ensaios de combustão para do cloreto foi realizado com recurso a d
da conduta de exaustão (junto da sonda de amostragem gasosa), e o outro no interior câmara de combustão. O procedimento
consistia em colocar um feixe
com a ajuda de um fósforo, a biomassa era posta
de calor. Só depois de aquecido é que os sistemas de amostrage
combustão começam a funcionar, ligando as bombas de extracção forçada. Quando os feixes começam a ficar na forma de brasa
feixe por cima, para começar
determinar a quantidade de biomassa queimada em cada ensaio.
Figura 5: (a) Carga de biomassa em combustão, (b) Carga de biomassa na grelha.
(a) (b)
teve de ser reduzida a feixes com um comprimento de 300 mm e com um peso inferior a 0,500 kg, presos com arame de ferro queimado,
ajustar o volume das cargas de biomassa às dimensões da câmara de combustão. se a densidade da biomassa recorrendo aos feixes de tojo previamente
os em uma caixa de volume conhecido até enche-la. ar os ensaios de combustão, foi limpo o interior do fogão
garantir que as cinzas recolhidas são relativas ao ensaio de amostragem utilizado para determinação da
foi instalado no topo do tubo de exaustão. A temperatura dos gases de os ensaios de combustão para a amostragem das cinzas, amónia e foi realizado com recurso a dois termopares tipo k, um deles colocado no topo da conduta de exaustão (junto da sonda de amostragem gasosa), e o outro no interior
O procedimento para a realização dos ensaios de
um feixe de biomassa dentro na grelha da câmara de combustão, e um fósforo, a biomassa era posta a arder, para se aquecer o recuperador Só depois de aquecido é que os sistemas de amostragem dos gases de a funcionar, ligando as bombas de extracção forçada. Quando os feixes começam a ficar na forma de brasa (imagem (b) da Figura 5), é colocado outro
a arder. Todos os feixes são previamente pesados, para se determinar a quantidade de biomassa queimada em cada ensaio.
biomassa em combustão, (b) Carga de biomassa na grelha.
(a) (b)
a feixes com um comprimento de 300 mm e 0 kg, presos com arame de ferro queimado, de modo a câmara de combustão. se a densidade da biomassa recorrendo aos feixes de tojo previamente
la.
fogão e a gaveta de são relativas ao ensaio utilizado para determinação das emissões de temperatura dos gases de s cinzas, amónia e colocado no topo da conduta de exaustão (junto da sonda de amostragem gasosa), e o outro no interior da para a realização dos ensaios de combustão dentro na grelha da câmara de combustão, e a arder, para se aquecer o recuperador m dos gases de a funcionar, ligando as bombas de extracção forçada. Quando os , é colocado outro a arder. Todos os feixes são previamente pesados, para se
4.2.2.2 Procedimento para a amostragem
Como referido anteriormente, o cloro que se enco negativa no processo de combustão e a sua presença potenciais compostos clorados
importante ter uma estimativa da biomassa.
Os procedimentos para estas análises
Anexo A.6 para o cloreto) foram realizados com base em Environmental Protection Agency).
gases da combustão do tubo exaustor para o efeito e a passagem destes
uma solução específica para cada um apresentado de forma esquemática
tubo de aço em forma de L com diâmetro conhecido de modo a este ficar interior da conduta, sendo utilizado como sonda de amostragem
um tubo de teflon, que por sua vez vai ligar ao primeiro borbulha
borbulhadores são conectados uns aos outros por tubos de silicone e são colocados num recipiente com gelo, para arrefecer o gás
O último borbulhador encontra
última ligada a uma válvula e um rotâmetro, com o objectivo de o caudal de amostragem dos gases de combustão.
Figura 6: Representação esquemática da montagem do material usado na determinação das emissões de clor
Antes de se iniciar a amostragem do gás, foi colocado um volume conhecido de solução no segundo e terceiro borbulhadores, enquanto o primeiro
borbulhadores ficam vazios. O primeiro
Procedimento para a amostragem das emissões de cloreto e amónia
Como referido anteriormente, o cloro que se encontra na biomassa tem uma influência no processo de combustão e a sua presença provoca emissões de
potenciais compostos clorados. A amónia é um precursor de emissões de NO importante ter uma estimativa das emissões deste composto durante a combustão
Os procedimentos para estas análises de amónia e cloreto (Anexo A.5 para a amónia e ) foram realizados com base em métodos da EPA (United States Environmental Protection Agency). O procedimento tem como objectivo
do tubo exaustor, tendo sido utilizada uma bomba de diafragma e a passagem destes gases por borbulhadores ligados em série que contêm uma solução específica para cada um das emissões amostradas.
apresentado de forma esquemática a montagem experimental utilizada. F tubo de aço em forma de L com diâmetro conhecido de modo a este ficar
interior da conduta, sendo utilizado como sonda de amostragem. Ao tubo de aço ligou um tubo de teflon, que por sua vez vai ligar ao primeiro borbulha
borbulhadores são conectados uns aos outros por tubos de silicone e são colocados num recipiente com gelo, para arrefecer o gás e ajudar na absorção dos elementos químicos.
encontra-se ligado por um tubo de teflon à bomb
última ligada a uma válvula e um rotâmetro, com o objectivo de o caudal de amostragem
Representação esquemática da montagem do material usado na determinação das emissões de cloreto e amónia dos gases de combustão.
amostragem do gás, foi colocado um volume conhecido de solução no segundo e terceiro borbulhadores, enquanto o primeiro borbulhador
borbulhadores ficam vazios. O primeiro borbulhador tem em vista a condensação do das emissões de cloreto e amónia
ntra na biomassa tem uma influência provoca emissões de HCl e outros é um precursor de emissões de NOx, sendo
durante a combustão da
Anexo A.5 para a amónia e EPA (United States cedimento tem como objectivo a extracção de uma bomba de diafragma por borbulhadores ligados em série que contêm s. Na Figura 6 é zada. Foi colocado um tubo de aço em forma de L com diâmetro conhecido de modo a este ficar centrado no . Ao tubo de aço ligou-se um tubo de teflon, que por sua vez vai ligar ao primeiro borbulhador. Os quatro borbulhadores são conectados uns aos outros por tubos de silicone e são colocados num e ajudar na absorção dos elementos químicos. ligado por um tubo de teflon à bomba, estando esta última ligada a uma válvula e um rotâmetro, com o objectivo de o caudal de amostragem
Representação esquemática da montagem do material usado na determinação das
amostragem do gás, foi colocado um volume conhecido de solução borbulhador e o quarto em vista a condensação do
vapor de água presente nos gases de combustão e o quarto para prevenir a passagem de resíduos para a bomba. Para o cloreto usou-se uma solução alcalina de 0,1 N de hidróxido de sódio no segundo e terceiro borbulhador, com o intuito de absorver os iões cloreto através de reacções químicas do HCl e Cl2 com a solução alcalina. Para a
absorção da amónia foi utilizada água acidificada, ou seja, uma solução de 0,1 N de ácido sulfúrico no segundo e terceiro borbulhadores. Para a determinação da amónia foi usado o método do eléctrodo selectivo de amónia (SM 4500-NH3 D, descrito no Anexo
B.1) e a determinação do cloreto foi feita através um método de eléctrodo selectivo (PEC, descrito no Anexo B.2). As amostragens de cloreto e amónia foram realizadas com recurso a dois trens de amostragem montados em paralelo, durante os ensaios de combustão.
O caudal dos gases de combustão amostrado foi contabilizado com recurso a um rotâmetro com uma válvula, ligado à bomba de amostragem dos gases. O rotâmetro foi calibrado com a ajuda de um contador de gás húmido, o que permitiu obter uma recta de calibração que expressa a relação entre o caudal de gás e a altura do flutuador. Para se realizar a amostragem dos gases de combustão de forma isocinética, foi necessário garantir que a velocidade dos gases na conduta fosse idêntica à velocidade de aspiração no bocal da sonda de amostragem. Assim para a regulação do caudal de amostragem foram considerados os seguintes parâmetros:
1. O caudal de ar (Gv1,N [m3/h]) relativo à câmara de combustão foi monitorizado
através de um medidor de caudal (marca Kurkz 155 Adam). Os dados deste caudal são obtidos nas condições PTN (P=1,01325 × 105 Pa e T
N= 273 K), sendo
este um caudal variável ao longo da combustão da biomassa.
2. No tubo exaustor com 22 cm de diâmetro (d2), os gases de combustão encontram-
se aproximadamente à pressão atmosférica, e a temperatura (T2 [K]) a que se
encontra o gás é também uma variável, sendo monitorizado através de um termopar colocado no local de amostragem dos gases.
3. A sonda de amostragem do gás de combustão (tubo de aço em L) apresenta um diâmetro interno (d3) de 5 mm.
Considerando que os gases de combustão se comportam como gases perfeitos às condições de serviço em análise, procedeu-se à determinação do caudal de amostragem de forma a que a velocidade de amostragem seja aproximadamente igual à velocidade do escoamento gasoso na conduta de exaustão.
Sabendo que:
HIJK $IJK
L MIJK
H $
L M
Equação 5
E considerando que o caudal volumétrico do ar admitido na câmara de combustão semelhante ao dos gases no tubo exaustor (GV1=GV2) obtêm-se, através da equação 6, o
caudal dos gases de combustão nas condições de serviço:
GOP. Q RS HT,IJK H" M"
MT,IJK GO,HMU Equação 6
Depois de determinado o caudal dos gases de combustão no tubo exaustor é calculada a velocidade de escoamento (v2 [m/h]) destes, com a Equação 7:
GOP.RQS A (m- v P.
RS Equação 7
Por fim, calcula-se o caudal de amostragem pretendido, para se obter uma amostragem aproximadamente isocinética dos gases de combustão (equação 8):
GOP.
Q
RS A (m- v P.RS Equação 8
Com estes cálculos e com a recta de calibração do rotâmetro foi possível, durante o decorrer da amostragem do cloreto e da amónia presentes nos gases de combustão, ajustar o caudal dos gases de amostragem através da regulação da altura do flutuador do rotâmetro, conforme a variação do caudal de ar admitido na câmara de combustão e da temperatura dos gases no tubo exaustor.
4.2.2.3 Colecta de cinzas para análise
As cinzas dos ensaios de combustão, foram recolhidas na grelha e na gaveta do fogão sendo submetidas ao seguinte tratamento:
a) Após a recolha das cinzas, procedeu-se à sua pesagem.
b) Determinou-se a fracção de inqueimados com diâmetro superior a 1 mm de uma amostra homogénea com base no procedimento usado para determinar o teor em cinzas da biomassa (Anexo A.2).
c) Com um peneiro de 1 mm, peneiraram-se as cinzas, de modo a remover a fracção de inqueimados com diâmetro maior, e procedeu-se à sua pesagem.
d) Com base no procedimento usado para determinar o teor em cinzas da biomassa (Anexo A.2), obteve-se o teor de inqueimados com diâmetro inferior a 1 mm nas cinzas.
e) Guardou-se a cinza em dois sacos hermeticamente fechados, de modo a prevenir a retenção de humidade pela cinza.
Com os dados obtidos durante este tratamento, foi possível obter, o teor em cinzas da biomassa usada nos ensaios de combustão e a fracção de inqueimados presentes na cinza. Foi realizada a determinação de alguns elementos inorgânicos (fósforo, potássio, sódio, magnésio, cálcio, ferro e manganésio) presentes nas cinzas da fracção de tamanho inferior a 1 mm, após uma combustão completa das amostras de cinza.