AVALIAÇÃO DE UM MEDIDOR PORTÁTIL DE UMIDADE PARA
BIOMASSA
Helen de Matos Prosdocini 1, Saulo Philipe Sebastião Guerra2, Natalia da Silva Lima 3 , Giulia Lembo Caterina4, Julia Bergamim5, Marilia Sacchi Campozana6
1 ao 6 Engenheiro Florestal, helenmprosdocini@gmail; ssguerra@fca.unesp.br; nataliadslima@gmail.com; glcaterina@fca.unesp.br;
bergaminjulia@gmail.com; mscampozana@gmail.com
Universidade Estadual Paulista – UNESP, Faculdade de Ciências Agronômicas - FCA, Núcleo de Ensaio de Máquinas e Pneus Agroflorestais – NEMPA. Rua Doutor Barbosa de Barros, 1780, Botucatu/SP, www.fca.unesp.br, (14) 3880-7191
RESUMO
Na utilização da biomassa florestal para a geração de energia, temos o teor de umidade como uma das principais propriedades da madeira, que influencia o processo de geração de energia desde a colheita do material e estocagem até a queima. O poder calorífico, que é definido pela quantidade de energia térmica que se libera durante a combustão completa de uma unidade de massa também é influenciado diretamente pela umidade do material. Visando a determinação da umidade de maneira confiável e rápida, ressalta-se a importância da utilização de sensores portáteis de umidade a fim de tornar este processo mais rápido e eficiente. O presente trabalho tem por objetivo avaliar o MUG-75 Medidor Portátil de Umidade, desenvolvido pela Marrari Automação Industrial comparando suas determinações de umidade com o método gravimétrico, considerando três diferentes granulometrias dos cavacos. Na avaliação constatou-se que o MUG-75 apresenta valores confiáveis para a determinação da umidade para as três granulometrias em questão.
Palavras Chave: Biomassa, umidade, sensor.
ABSTRACT
INCLUIR O TÍTULO DO TRABALHO TRADUZIDO EM INGLÊS
The moisture content is the key wood properties that most influences the forest biomass generation of energy, from the harvesting process to the storage of the final product. The calorific value, which is defined by the amount of thermal energy that is released during the complete combustion of a unit mass, is also directly influenced by the moisture of the material. In order to determine the moisture reliably and quickly, the use of portable moisture sensors is required to make this process more efficient. This study aims to evaluate the MUG-75 Portable Moisture Meter, developed by Marrari Industrial Automation and to compare their moisture determinations with the gravimetric method, considering three different particle sizes of chips. It was observed that the MUG-75 provides reliable values for moisture content determination for the three particle sizes in question.
Keywords: Biomass, moisture, sensors.
INTRODUÇÃO
De acordo com Guerra et al. (2012), a madeira ou biomassa vegetal é uma das fontes de energia que tem sido mais utilizadas ao longo do tempo, vários motivos levaram a isso, como o fácil acesso, baixo custo de aquisição, entre outros. Com o surgimento dos combustíveis derivados do petróleo, houve uma redução na utilização da biomassa vegetal para fins energéticos. Entretanto, acredita-se que a médio e longo prazo, à exaustão de fontes não renováveis de energia e as pressões ambientais poderão impulsionar uma maior expressividade do setor energético de biomassa.
A biomassa de madeira corresponde atualmente por 8,7% da matriz energética mundial e 13,9% da brasileira. A oferta de biomassa florestal se dá por resíduos (florestais, industriais ou urbanos) ou plantações de florestas energéticas (VIDAL e BARROS, 2011).
Segundo Quirino (2005) o teor de umidade é considerado uma das mais importantes propriedades da madeira para utilização desta como combustível. É importante que o teor de umidade da madeira a ser utilizada com esta finalidade seja reduzido, diminuindo assim o manejo e o custo de produção e transporte, agregando maior valor.
O teor de umidade (TU) representa a quantidade de água existente na madeira, sua determinação tem grande importância, pois pode variar muito de acordo com as espécies e também pelo fato de que a presença da água na madeira diminui o poder calorífico, pois parte do calor gerado será utilizado para evaporar a água. (BRITO e BARRICHELO, 1979).
Os teores de umidade das árvores logo após a colheita variam de 60 a 70 % dependendo da espécie, a partir da derrubada, as árvores passam por um processo de secagem natural, através da respiração que continua ocorrendo e consumindo parte da umidade. Para uso energético, a biomassa florestal deve ter o TU igual ou inferior a 30% (BRAND, 2010).
O método de determinação do teor de umidade com o uso de estufa (gravimétrico) é o método mais exato, porém é considerado um método destrutivo, além de demorado (RODRIGUES, 2000).
Em comparação ao método gravimétrico, Pereira (2008), afirma que o método dos medidores elétricos apresenta vantagens com relação à praticidade e rapidez, sendo de fundamental importância para o setor florestal de biomassa, no qual o teor de umidade dos cavacos necessita ser determinado de forma confiável e rápida.
O MUG-75 (figura 1) é um sensor de umidade que analisa a rigidez dielétrica do material, o que, de acordo com James (1988), este tipo de sensor baseia-se na relação entre a umidade da madeira e sua constante dielétrica. O MUG-75 gera um campo eletromagnético que é lido na forma de “bits”, este campo é afetado pela presença do material e pela quantidade de água contida neste.
As medições são feitas através de perturbações no campo eletromagnético e para que funcione de maneira correta é necessária a calibração do sensor, correlacionando a umidade real (estufa) e a leitura obtida no MUG-75 (Marrari Automação – Manual, 2013).
Figura 1. Amostrador MUG-75 (www.nempa.com.br)
Figure 1. Sampler MUG-75 (www.nempa.com.br) .
MATERIAIS E MÉTODOS Coleta de dados
Para a coleta de dados foram selecionadas amostras de cavacos de madeira do gênero Eucalyptus spp. Os cavacos foram obtidos através da colheita mecanizada de biomassa realizada pelo Núcleo de Ensaio de Máquinas e Pneus Agroflorestais (NEMPA) da Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu-SP. Foram produzidos cavaco com 3 granulometrias, sendo: 5, 15 e 30 milímetros.
Os cavacos foram separados e estocados em 3 pilhas, de acordo com a granulometria. As leituras das umidades foram realizadas em 3 dias (06, 11 e 25 de Junho). Em cada dia, foram coletadas 10 amostras de cada granulometria (MUG-75 e estufa).
Para cada granulometria foi determinada a umidade através do MUG-75 e, também, pelo método gravimétrico, posteriormente, calculou-se a média aritmética das leituras para média. Através da média foram elaborados os gráficos de correlação dos dados.
Para obtenção da umidade, os cavacos foram inseridos no MUG-75 até preencher todo o seu volume (35 litros), na tela de leitura pode-se visualizar instantaneamente a umidade dos cavacos. Foram lidas 10 amostras para cada granulometria no MUG-75 e para cada amostra foi retirada uma porção para o levantamento da umidade em laboratório de acordo com a ABNT NBR 14929 – Determinação do Teor de umidade de cavacos - método por secagem em estufa.
Para a secagem, as amostras foram colocadas na estufa a 65ºC até peso constante. Para obtenção de peso úmido e peso seco, utilizou-se uma balança analítica, permitindo a determinação da umidade real com o uso da equação 1. TU = *100 (1) Onde: TU = Teor de umidade (%) PU = peso úmido (g) PS = peso seco (g) RESULTADOS E DISCUSSÃO
A partir das médias das amostras obtidas para as diferentes granulometrias e para cada dia amostrado, foram elaborados os gráficos representados nas figuras a seguir. Observamos as curvas de umidade do MUG-75 e pelo método da estufa. Nas figuras 1, 2 e 3 observamos os teores médios de umidade para os cavacos de 5, 15 e 30 mm respectivamente.
Figura 2. Teor de umidade médio das leituras no MUG-75 em comparação ao método gravimétrico para cavacos com 5 mm de granulometria.
Figure2. Average moisture content readings in MUG-75 compared with the gravimetric method for chips with a diameter of 5 mm. 40 45 50 55 60 1 2 3 (%) tempo MUG-75 Real
Figura 3. Teor de umidade médio das leituras no MUG-75 em comparação ao método gravimétrico para cavacos com 15 mm de granulometria.
Figure 3. Average moisture content readings in MUG-75 compared with the gravimetric method for chips with a diameter of 15 mm.
Figura 4. Teor de umidade médio das leituras no MUG-75 em comparação ao método gravimétrico para cavacos com 30 mm de granulometria.
Figure 4. Average moisture content readings in MUG-75 compared with the gravimetric method for chips with a diameter of 30 mm.
De acordo com os dados apresentados, percebe-se que as umidades das estufas são em alguns pontos, superiores as do MUG-75, exceto no tempo 1 para 5 mm de granulometria e na maior parte dos tempos para 30 mm. Para as amostras de 15 mm, vimos (apesar de pequena) uma maior correlação dos dados em relação às outras granulometrias, além disso, para esta granulometria a umidade da estuda foi inferior em todas as leituras. Pereira (2008) analisou em seu trabalho que o eucalipto apresentou leituras de umidade inferiores na maioria das amostras da estufa em comparação a um medidor eletrico resistivo.
Segundo o mesmo autor, a utilização de medidores elétricos para determinação de umidade é menos precisa quando comparados ao método gravimétrico, porém sua obtenção apresenta as vantagens de ser rápida, além de não destrutiva.
40 45 50 55 60 1 2 3 (%) tempo MUG-75 Real 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 1 2 3 (%) tempo MUG-75 Real
Figura 5. Correlação entre os teores médios das umidades para as diferentes granulometrias em questão.
Figure 5. Correlation between the average levels of humidity for the different particle size.
Na figura 4, tem-se à correlação entre os valores médios das umidades obtidos pelo metodo da estufa e pelo MUG-75. Através da equação calculada (R² = 0,883), podemos constatar que houve uma correlação significativa entre os dados obtidos pelo MUG-75 e pelo método da estufa. Ressalta-se que a curva de calibração pode ser ajustada reduzindo o erro de leitura do sensor, conforme procedimento descrito pelo fabricante.
CONCLUSÃO
Não houve variação na leitura da umidade no MUG-75 para cavacos entre 5 e 30mm.
Apesar da menor precisão na determinação de teores de umidade em relação ao método gravimétrico, o MUG-75 permite a obtenção de valores confiáveis para a determinação de umidade dos cavacos para as três granulometrias em questão.
Uma pequena correção nas curvas de calibração para os cavacos com granulometria de 5mm e de 30mm reduziriam o erro a cerca de 1% do valor.
AGRADECIMENTOS
À Marrari Automação Industrial, por oferecem os equipamentos para esta pesquisa.
Ao Núcleo de Ensaio de Máquinas e Pneus Agroflorestais (NEMPA) e à Faculdade de Ciências Agronômicas (FCA-UNESP), por oferecerem estrutura e condições de realização deste trabalho.
REFERÊNCIAS
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BRAND, M. A. Influência da época de colheita da biomassa florestal sobre sua qualidade para a geração de energia. Sci. For., Piracicaba, v. 38, n. 88, p. 619-628, dez. 2010.
R² = 0,883 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 48,0 50,0 52,0 54,0 56,0 58,0 60,0 Um id ad e M UG -75 (% ) Umidade Estufa (%)
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