DENSIDADE BASICA E PODER CALORIFICO
SUPERIOR DO RESIDUO MADEIREIRO DE 5
ESPÉCIES TROPICAIS
Michelly Casagrande Stragliotto1JEFFERSON MELO FREITAS2 Aylson Costa Oliveira3
Bárbara Luísa Corradi Pereira3 Ana Carolina Silva Costa1
1
Universidade Federal de Mato Grosso/ Departamento de Engenharia Florestal/Programa de Pós-graduação em Ciências Florestais e Ambientais
2
Universidade Federal de Mato Grosso/Faculdade de Engenharia Florestal/ Departamento de Engenharia Florestal 3
DENSIDADE BASICA E PODER CALORIFICO SUPERIOR DO RESIDUO MADEIREIRO DE 5 ESPÉCIES TROPICAIS
Resumo: O aumento do consumo de combustíveis fósseis resultou no acréscimo da
emissão de gases de efeito estufa, com isso, alternativas renováveis de energia se tornaram necessárias para frear o aquecimento global. A biomassa quando utilizada para a geração de energia além de ser um combustível renovável e limpo, pode advir de fontes de madeira consideradas resíduos por muitas indústrias madeireiras. Assim, este trabalho teve como objetivo determinar a densidade básica e o poder calorífico de cinco espécies de madeiras tropicais: Qualea paraensis (Cambará), Erisma uncinatum (Cedrinho), Dipteryx odorata (Cumarú), Ocotea sp (Canelão) e Dialium guianense (Jataí), visando o aproveitamento energético dos resíduos madeireiros do processo do desdobro de toras de madeira em madeira serrada. As amostras foram provenientes de uma indústria madeireira de médio porte no munícipio de Nova Maringá-MT, onde foram selecionadas 3 toras de cada espécie, sendo coletadas 3 amostras por tora, totalizando 45 amostras. Os dados foram submetidos a análise de variância (ANOVA) e ao teste de Tukey a 5% de probabilidade. As espécies Dipteryx odorata e Dialium
guianense apresentaram os maiores valores médios de densidade básica da madeira,
0,81 e 0,84 g.cm-³, respectivamente, já a Erisma uncinatum apresentou menor densidade básica, 049 g.cm-³. As espécies Ocotea sp e Dipteryx odorata apresentaram maiores valores médios para o poder calorífico superior, 5.002 e 5049 kcal.kg-1, respectivamente, já a Qualea paraensis apresentou menor poder calorífico superior, 4.631 kcal.kg-1.
Palavras-chave: Biomassa, indústria madeireira, combustão.
BASIC DENSITY AND HIGHER CALORIFIC VALUE OF WOOD RESIDUE OF 5 SPECIES OF TROPICAL
Abstract: The increased of fossil fuels consumption has resulted in increased
greenhouse gas emissions, alternative renewable energy have become necessary to brake global warming. Biomass when used for power generation besides beenng a renewable and clean fuel, can come from wood sources considered by many waste lumber. Thus, this study aimed to determine the basic density and the calorific value of five species of tropical wood: Qualea paraensis (Cambará), Erisma uncinatum (Cedrinho), Dipteryx odorata (Cumarú), Ocotea sp (Canelão) e Dialium guianense (Jataí), aiming at the energy use of waste wood products sawmill process of wooden logs into lumber. The samples were from a medium-sized industry in the municipality of Nova Maringá-MT, where it were selected 3 wood trunk of each species, being collected 3 samples of them, totaling 45 samples. The data were subjected to analysis of variance (ANOVA) and Tukey test at 5% probability. Dipteryx odorata and Dialium
guianense species presented the highest values dialium medium density wood, 0.81
and 0.84 g.cm-³, respectively, showed lower basic density Erisma uncinatum, 049 g.cm -³. Ocotea sp and Dipteryx odorata species showed higher average values for the superior calorific value, and kcal.kg-1 5049 and 5,002, respectively, Qualea paraensis showed lower upper calorific value, kcal.kg -1 4,631.
1. INTRODUÇÃO
Com o crescimento populacional e a grande demanda de energia, o consumo de combustíveis fósseis aumentou cerca de 50% nas últimas décadas segundo a International Energy Agency (IEA, 2015). Este cenário ocasiona a elevação da emissão dos gases de efeito estufa, resultando em mudanças climáticas como o aquecimento global. Assim, alternativas para geração de energia com menor emissão de gases, como a utilização de resíduos madeireiros estão sendo cada vez mais estudadas.
A geração de resíduos é uma conseqüência natural do processo de transformação da madeira dentro das indústrias madeireiras (VALÉRIO et al., 2007). Em 2011, 12,9 milhões de metros cúbicos de madeira em tora foram retirados das florestas nativas da Amazônia Legal, deste total 89% foram oriundos dos estados do Pará, Mato Grosso e Rondônia, estados que concentram a produção nacional de toras de madeira tropical. Entretanto, apenas 5,9 milhões foram transformados em madeira serrada, de acordo com o Serviço Florestal Brasileiro (SFB, 2013). Os resíduos de madeira podem vir a ter vários usos como na confecção de material combustível na agricultura, na geração de energia elétrica em termoelétricas, e principalmente na indústria de painéis, segundo o Instituto Brasileiro de Qualidade e Produtividade do Paraná (IBQP, 2002).
De acordo com Fontes (1994), cerca de 50% a 70% do volume de madeira em tora consumido nas indústrias são transformados em resíduos durante seu processamento. Quando manejados adequadamente, os resíduos podem representar um caminho importante para um diferencial financeiro dentro da indústria madeireira, evitando-se problemas ambientais e sociais pelo seu descarte incorreto.
Neste panorama é de grande importância o aproveitamento dos resíduos madeireiros, sendo a utilização energética da biomassa uma alternativa para a substituição dos combustíveis fósseis. Segundo Abreu et al. (2014) esta fonte de energia apresenta algumas vantagens como baixo custo de aquisição, a não emissão de dióxido de enxofre, as cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes dos combustíveis fósseis, apresenta menor corrosão dos equipamentos, menor risco ambiental, além de ser um recurso renovável.
No Brasil a utilização da biomassa para fins energéticos é responsável por 8,83% do total de todo energia consumida, equivalente a 14.019.781 kW. Do total das fontes de biomassa, o setor florestal, com a madeira, vem em segundo lugar nessa lista, com 20% do total, equivalente a 2.803.847 kW, de acordo com a Secretaria de Energia d Mineração do Estado de São Paulo (SEM, 2016).
Atualmente, a maior parte da madeira para a geração de energia, no Brasil, advém dos reflorestamentos e dos resíduos de pinus e eucaliptos. Sendo sua utilização mais expressiva em indústrias de polpa celulósica, secadores de grãos e caldeiras. Todavia, resíduos advindos das espécies nativas, processadas nas indústrias madeireiras, nem sempre têm o mesmo destino
O uso racional e mais econômico da madeira depende da identificação e adequação de algumas de suas propriedades. (VITAL, et al., 2013). Para a utilização dos resíduos madeireiros para fins energéticos, é importante ressaltar que a variação das propriedades químicas e físicas da madeira conforme a espécie pode influenciar na geração de energia. Portanto, é imprescindível que seja feita a caracterização dos resíduos madeireiros a fim de conhecer suas propriedades, como a densidade básica,
o poder calorífico superior, umidade, granulometria e a análise química imediata das diferentes espécies florestais nativas comercializadas nas serrarias, visando quantificar o potencial energético estocado nestes materiais.
A densidade básica da madeira é a relação entre a massa absolutamente seca da madeira e o volume saturado, sendo expressa em g.cm-3. De acordo com Vital et al. (2013) a densidade básica da madeira é um parâmetro referencial para a seleção de espécies florestais indicadas para produção de energia. Quanto maior a densidade básica da madeira, maior será a quantidade de massa por unidade de volume do material.
O poder calorífico é a quantidade de energia na forma de calor liberada pela combustão de uma unidade de massa da madeira, sendo classificado entre poder calorífico superior e inferior. O poder calorífico superior é aquele em que a combustão se efetua a volume constante e no qual a água formada durante a combustão é condensada e o calor que é derivado desta condensação é recuperado (Briane & Doat, 1985). Portanto quanto maior for o poder calorífico superior melhor será a madeira para fins energéticos, pois maior será a liberação de calor por unidade de massa.
Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo determinar a densidade básica e o poder calorífico superior dos resíduos madeireiros de cinco espécies nativas, de uma indústria madeireira do estado de Mato Grosso, visando seu aproveitamento energético.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Obtenção e processamento do material
As amostras de madeira foram obtidas na indústria madeireira Madfreitas localizada na cidade de Nova Maringá, à 380 km de Cuiabá. Foram coletadas amostras de cinco espécies nativas mais comercializadas pela indústria: Qualea
paraensis (cambará), Erisma uncinatum (cedrinho), Dipteryx odorata (cumarú), Ocotea
sp (canelão) e Dialium guianense (jataí).
De cada espécie foram selecionadas aleatoriamente três toras. Após o processo de desdobro, foram coletadas três amostras de cada tora, sendo uma amostra no topo, outra no meio e a última na seção próxima à base, totalizando 45 amostras.
No laboratório, com o auxílio de uma serra circular, as amostras foram divididas, sendo parte destinadas para a determinação da densidade básica e o restante para a determinação do poder calorífico superior.
2.2 Determinação da densidade básica
Para a obtenção da densidade básica, as amostras foram primeiramente submersas em água por um período médio de 45 dias, com o objetivo de saturação, para posterior determinação do volume pelo método de empuxo (deslocamento por imersão em água), conforme sugerido por Vital (1984).
Após a obtenção do volume, os corpos de prova foram colocados em uma estufa a uma temperatura de 103 ºC, por 72 horas e foi determinada, posteriormente, a massa seca de cada amostra.
Para a obtenção dos valores de densidade básica, utilizou-se a relação entre a massa seca (MS) da madeira e o volume saturado (Vs), por meio da Equação (1):
𝐷 =
Ms Vs (1) Em que: D = Densidade Básica (g.cm-³); Ms = Massa Seca (g); Vs = Volume Saturado (cm³)2.3 Determinação do poder calorífico
Para a determinação do poder calorífico superior, as amostras foram convertidas em palitos finos e posteriormente, moídos em moinho de facas, afim de transformá-las em serragem. As amostras de serragem foram classificadas entre as peneiras de 40 e 60 mesh (ASTM, 1982). As frações das amostras, retidas na peneira de 60 mesh, foram utilizadas para determinação do poder calorífico superior.
O poder calorífico superior da madeira foi determinado de acordo com a metodologia descrita pela norma da ASTM E711-87 (ASTM, 2004), utilizando-se uma bomba calorimétrica adiabática.
2.4 Análise estatística
O experimento foi instalado segundo um delineamento inteiramente casualizado (DIC). Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA), para verificação das diferenças existentes. Quando estabelecidas diferenças significativas entre eles, aplicou-se o teste Tukey em nível de 95% de significância. As análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do Software Assistat.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Densidade básica da madeira
Na Figura 1 são apresentados os valores médios de densidade básica da madeira das cinco espécies avaliadas. Os valores médios de densidade básica das cindo espécies variaram de 0,49 a 0,84 g.cm-³ (Figura 1). As espécies Dipterix odorata e Dialium guianense apresentaram os maiores valores médios de densidade básica da madeira, 0,81 e 0,84 g.cm-³, respectivamente, não diferindo significativamente entre si. Já a espécie Erisma uncinatum apresentou a menor densidade básica da madeira, 0,49 g.cm-³ , e segundo Ferraz et al. (2004) sendo considerada leve por apresentar densidade menor que 0,50 g.cm-3, já as espécies Dipterix odorata e Dialium guianense
apresentam densidade básica considerada pesada a muito pesada por terem valores maiores que 0,80 g.cm-³ (FERRAZ et al., 2004).
*Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si, a 5% de probabilidade, pelo teste de Tukey.
Figura 1. Valores médios da densidade básica (g.cm-³) da madeira das cinco espécies avaliadas.
Quirino et al. (2005) encontram valores de densidade básica da madeira para 108 espécies florestais brasileiras com variação de 0,20 a 1,08 g.cm-³. Os valores da densidade básica das espécies encontrados neste trabalho foram próximos aos verificados para as mesmas espécies por Oliveira Filho (2015) e Quirino et al. (2005). Apenas duas espécies, Qualea paraensis e Dipteryx odorata e apresentaram valores inferiores aos trabalhos supracitados. Souza e Camargos (2014) encontraram para a espécie Qualea paraensis densidade básica igual à 0,70 g.cm-3. Já Zau et al. (2014), verificaram densidade básica para a espécie Dipteryx odorata de 0,86 g.cm-3. Essa discrepância tem origem, provavelmente, nas diferentes condições ambientais, de solo, de idade ou ainda nos diferentes genótipos das madeiras avaliadas.
A densidade básica da madeira representa a concentração de massa por unidade de volume da madeira e influencia a velocidade de queima. A utilização de madeiras com baixa densidade para a produção direta de energia em forma de calor resulta em uma queima rápida com menor produção de energia por unidade de volume. Entretanto, madeiras com densidade básica muito elevada dificultam o inicio da queima (VALE et al., 2002) .
Por isso, é interessante que as madeiras apresentem densidades de moderadamente pesadas a pesadas, sendo a faixa ideal para a geração de energia acima de 0,65 g.cm-³ (VALE et al., 2002). Assim, considerando a densidade básica, as espécies mais indicadas para o uso energético são: Ocotea sp, Dipteryx odorata e
Dialium guianense (Figura 1), pois em um mesmo volume, apresentaram maior
quantidade de massa, fornecendo maior quantidade de energia ao processo. b c d a a 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Ocotea sp Qualea paraensis Erisma uncinatum Dipteryx odorata Dialium guianense D en sidad e B ás ica ( g.cm -³)
3.2 Poder Calorífico Superior
Na Figura 2 são apresentados os valores médios de poder calorífico superior da madeira das cinco espécies avaliadas.
*Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si, a 5% de probabilidade, pelo teste de Tukey.
Figura 2 - Valores Médios de PCS (kcal.kg-1) da madeira das cinco espécies avaliadas
Doat (1977) em estudo com mais de cem espécies de cinco países tropicais, encontrou valores de Poder Calorífico Superior (PCS) variando entre 4.310 e 5.170 kcal.kg-1. Já Quirino et al. (2005) estudando mais de cem espécies brasileiras encontraram valores entre 3.350 a 5.260 kcal.kg-1, portanto, o PCS das espécies estudadas está dentro variação encontrada por estes autores variando de 4.631 a 5049 kcal.kg-1, .
O PCS mostra o máximo potencial de fornecimento energético da madeira (CINTRA, 2009). Também representa a quantidade de calor liberado durante a queima total de uma determinada quantidade de combustível, considerado o material completamente seco. Ou seja, quanto maior for o PCS, mais eficiente será o processo de geração de energia (VIEIRA, 2012), assim, para uma mesma massa será gerada uma maior quantidade de energia.
Observa-se na Figura 2 que Ocotea sp e Dipteryx odorata apresentaram maiores valores médios para o PCS, 5.002 e 5049 kcal.kg-1, respectivamente, os quais não diferiram entre si a 5% de probabilidade, sendo os materiais mais indicados para a geração de energia. Já Erisma uncinatum (4710 kcal.kg-1) e Qualea paranesis (4.631
a c c a b 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000 5100
Ocotea sp Qualea paraensis Erisma uncinatum Dipteryx odorata Dialium guianense
P od er C alorí fi co S up eri or (kc al. kg -1)
kcal.kg-1) apresentaram os menores valores, não apresentando diferença significativa entre si.
Quirino et al.(2005) encontraram valores de poder calorifico superior semelhantes ao do presente estudo para as madeiras de Ocotea sp (5.150 kcal.kg-1),
Qualea paranesis (4.626 kcal.kg-1), Erisma uncinatum (4.523 kcal.kg-1) e Dipteryx
odorata (4.866 kcal.kg-1).
Segundo Brito (1993) as madeiras folhosas possuem PCS médio de 4.500 kcal.kg-1, portanto, a média do poder calorífico superior para as cinco espécies estudadas no presente trabalho foi de 4851,2 kcal.kg-1, valor superior ao encontrado na literatura.
4. CONCLUSÕES
Os maiores valores médios de densidade básica foram encontrados para as espécies Dipteryx odorata e Dialium guianense. Enquanto que o menor médio valor foi verificado para a espécie Erisma uncinatum.
As espécies Ocotea sp e Dipteryx odorata apresentaram maior poder calorífico superior e o menor valor médio foi encontrado para a espécie Qualea
paraensis.
Conforme a analise dos dados do poder calorífico e da densidade básica é possível afirmar que os resíduos florestais estudados apresentam potencial para uso energético.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Madeireira MadFreitas e ao Laboratório de Tecnologia da Madeira da Universidade de Viçosa. Ao CNPq e à Capes pelo apoio prestado ao desenvolvimento deste trabalho
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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