XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil
COMPARAÇÃO ENTRE BRIQUETES PRODUZIDOS A PARTIR DE SERRAGEM DE Tabebuia cassinoides (Lam.)A. P. de Condolle E Tabebuia alba (Chamiso) Sandwith
RESUMO: A madeira das espécies de a Tabebuia cassinoides e Tabebuia alba são amplamente utilizadas no setor moveleiro, gerando assim muitos resíduos com potencial energético. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi produzir e analisar química e fisicamente os briquetes a partir de serragem de T. cassinoides e T. alba. Foram confeccionados 15 briquetes com 20g cada de caixeta e ipê-amarelo. Posteriormente, realizou-se a análise química imediata e o poder calorífico em triplicata de cada tratamento. Foram obtidas a densidade antes e depois da briquetagem. Os testes de tração por compressão diametral e teste de tamboramento foram realizados a fim de se obter a resistência mecânica dos briquetes. Os resultados obtidos das análises químicas apresentaram valores ótimos para produção bioenergética de ambos os tratamentos, com valores de poder calorífico de 18455 J/g para T. cassinoides e 18702 J/g para T. alba, e valores de cinzas de 1,16% para T. cassinoides e 1,05% para T. alba. Os testes de resistência mostraram que os briquetes de T. cassinoides apresentam características físicas ideais para estocagem e transporte, ao contrário dos briquetes de T. alba, que apresentaram valores de resistência mecânica considerados baixos. Por essas razões, os briquetes de
T. cassinoides são ideias para produção em larga escala.
Palavras Chave: Bioenergia, resíduos, biomassa.
COMPARISON BETWEEN BRIQUETTES PRODUCED BY Tabebuia cassinoides (Lam.)A. P. de Condolle AND Tabebuia alba (Chamiso) Sandwith
ABSTRACT: The wood of Tabebuia cassinoides and Tabebuia alba species are widely used in the furniture sector, which generates a lot of waste with energy potential. Therefore, the goal was to produce and analyze chemically and physically the briquettes from T. Cassinoides and T. alba sawdust. It was produced 15 briquettes with 20 g each for T. Cassinoides´s and T. alba´s sawdust. Later, it was held the chemical analysis and the calorific value in triplicate for each sample. Densities were obtained before and after briquetting. Tensile strength by diametral compression and the “tamboramento” tests were performed to obtain the mechanical strength of the briquettes. The chemical analyzes results showed great values for bioenergy production of both samples, with high calorific values of 18455 J/g for T.
Cassinoides and 18702 J/g for T. alba, and ash content of 1.16% for T. Cassinoides and 1.05% for T. alba. The endurance tests showed that the T. cassinoides’s briquettes own ideal physical characteristics
for storage and transportation, as opposed to T. alba’s briquettes that had low mechanical strength values. For those reasons, T. cassinoides´s briquettes are ideal for large-scale production.
1. INTRODUÇÃO
O aumento do consumo energético está diretamente relacionado ao desenvolvimento de um país, bem como o crescimento da geração de lixo urbano por habitante. Dessa forma, o lixo se torna um problema quando se ulltrapassa a capacidade de tratamento adequado (JARDIM & WELLS, 1995), isto é, a produção de lixo vai além da capacidade de tratamento. (KANAYAMA, 1995).
Segundo Vale & Gentil (2008), os resíduos podem ser definidos como todo e qualquer material descartado nas atividades de um processo produtivo, podendo ser fonte de risco para o meio ambiente e a sociedade. Porém, eles podem deixar de ser um risco e passar a gerar lucro, transformando-se em matéria-prima para diversos outros processos, reduzindo o preço e a demanda do produto principal.
A indústria madeireira gera grandes volumes de resíduos no processo de beneficiamento de madeira. Esta geração ocorre desde os processos normais, até mesmo antes de a madeira ser introduzida no processo propriamente dito, não atendendo às exigências do mercado consumidor e gerando resíduos como as serragens, maravalhas, costaneiras e pó de serra (PEREIRA JÚNIOR, 2001). Apesar de esses resíduos serem utilizados por granjas, a oferta de serragem ainda supera muito a procura, não tendo atualmente uma finalidade específica. Consequentemente, utilizar a serragem para produção de energia consiste em um gerenciamento sustentável desses resíduos, pois não possuem o caráter poluidor de fontes fósseis de energia (ACIOLI, 1994).
São consideradas biomassas para fins energéticos as culturas e descartes de lavouras, lixo doméstico, restos florestais, esterco de animais domésticos, esgotos urbanos, descartes lignocelulósicos, descartes madeireiras de indústrias e de uso doméstico, entre outros (GOLDEMBERG, 1998).
Dentre o uso da compostos lignocelulósicos para geração de energia, tem-se destacado no contexto mundial a produção de pellets e briquetes, os quais consistem na compactação da biomassa. A compactação de descartes da madeira, em alguns casos, apresenta densidade, poder calorífico líquido e resistência mecânica superiores a da lenha, bem como umidade inferior. (BEZZON, 1994).
Além das espécies convencionais que mais geram resíduos florestais no Brasil, como as
dos gêneros Pinus e Eucalyptus, outras merecem destaque como a Tabebuia cassinoides
(Lam.)A. P. de Condolle (caixeta) e Tabebuia Alba (Chamiso) Sandwith (ipê-amarelo), que são amplamente utilizadas no setor moveleiro, o qual também gera bastante resíduos.
Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivos produzir briquetes a partir de
serragens de Tabebuia cassinoides e Tabebuia alba
, bem como avaliar a qualidade do produto em função de sua densidade, poder calorífico, composição química (umidade, teores de carbono fixo, matérias voláteis e cinzas) e resistência.
2. MATERIAL E MÉTODOS
Os materiais utilizados foram as serragens de Tabebuia cassinoides (Lam.)A. P. de
Condolle (caixeta) e Tabebuia alba (Chamiso) Sandwith (ipê-amarelo), coletadas em uma marcenaria da cidade de São Sebastião-SP.
2.1 Preparação do material
As serragens de T. cassinoides e T. alba foram moídas, no moinho do tipo Willey MA-340, pois a granulometria do material não se encontrava ideal (maior que 20 mesh) para a briquetagem.
O material foi separado para se obter sua classificação granulométrica por peneiras de 20 mesh (20 ABNT), 35 mesh (40 ABNT), 60 mesh (60 ABNT), 100 mesh (100 ABNT), e 200 mesh (200 ABNT) e coletor (fundo), com o auxílio do agitador orbital de peneiras.
2.2 Caracterização da matéria-prima
As densidades das serragens in natura (recém recebidas da marcenaria) foram obtidas preenchendo-se um béquer de 500 mL com serragem e medindo a massa contida no recipiente.
A umidade da serragem de ambos os tratamentos foi ajustada, esburrifando-se água destilada na serragem até sua massa chegar a massa calculado para 12% de umidade em base seca.
2.3 Análise imediata e poder calorífico
As análises foram feitas em triplicatas. O teor de umidade já ajustado foi obtido através de
uma balança determinadora de umidade A&E Company, modelo MX – 50. Os teores de
voláteis (TV) e cinzas (TC) foram obtidos de acordo com a norma ABNT NBR 8112/86, e o teor de carbono fixo (CV) foi obtido por diferença (CV = 100 - (TV+TC)). O poder calorífico superior foi obtido com o auxílio da bomba calorimétrica IKA C200, segundo a norma ASTM D2015-96 (Standart test method for gross calorific value and coke by the adiabatic calorimeter).
2.4 Confecção dos briquetes
Com a utilização de um molde de metal cilíndrico de 3,5 cm de diâmetro e 16 cm de altura, foram confeccionados 15 briquetes, com 20 g de serragem (com 12% de umidade) cada. O material foi compactado sem aquecimento com o auxílio de uma prensa Marcon MPH-15 à 12 ton , durante 30 segundos. Após a formação de cada briquete, mediu-se, com um paquímetro digital, sua altura e diâmetro.
2.5 Caracterização dos briquetes
A densidade dos briquetes foi obtida medindo-se a altura e o diâmetro de cada briquete. Para se obter a expansão dos briquetes após a compactação, mediu-se a altura de cada briquete no momento de sua confecção, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 6 horas e 24 horas após sua confecção.
Após 7 dias da produção dos briquetes (os quais permaneceram isolados dentro de um saco plástico, a fim de se evitar um aumento em sua umidade), mediu-se novamente suas alturas e diâmetros e realizou-se o Teste de Resistência a Tração por Compressão Diametral adaptado da norma ABNT NBR 7222, para concretos, empregando-se uma máquina universal de ensaios EMIC DL 30000N (Figura 1), com intuito de verificar a resistência mecânica dos briquetes. O teste foi realizado a uma velocidade de 3 mm/min (GONÇALVES et al., 2013).
Figura 1. Briquetes de T. cassinoides (a direita) e de T. alba (a esquerda) durante o teste de tração po compressão diametral na EMIC DL 30000 N.
Realizou-se o teste de Tukey a um nível de 5% de significância, para verificar se houve diferença entre os briquetes produzidos a partir da T. cassinoides e T. alba.
Após 19 dias da confecção dos briquetes, realizou-se o teste de tamboramento segundo a norma ABNT 8740-85, onde 5 briquetes foram inseridos no friabilômetro (Figura 2). Foi utilizado uma rotação de 35 rpm durante 15 minutos. Por fim, o resíduo foi peneirado e mediu-se a massa da mediu-serragem que ficou retida na peneira de 9 MESH (10 ABNT), para calcular a porcentagem de serragem que ficou intacta e a porcentagem que se desfez após o teste.
Figura 2. Máquina automática para realização do teste de friabilidade (friabilômetro). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Preparação do material
Na tabela 1 estão presentes os resultados da distribuição das partículas de T. cassinoides e T. alba após a moagem. Pode ser notado que ambas as serragens possuíram em sua maioria uma granulometria que passou pela peneira de 35 MESH e ficou retida na peneira de 60 MESH. Ambas as espécies foram moídas na mesma máquina e da mesma maneira, porém a serragem de T. alba possui maior porção de serragem que passou pela peneira de 60 MESH e que ficou retida na peneira de 100 MESH, obtendo maior porção de serragens mais finas.
Tabela 1. Relação da porcentagem da quantidade de serragem retida em cada granulometria (peneira) de ambos os materiais.
Peneira (MESH) Granulometria (%)
T. cassinoides T. alba 20 0,06 0,06 35 8,47 8,15 60 52,98 39,38 100 21,35 32,95 200 13,21 13,79 Coletor 3,92 5,67
3.2 Análise química imediata e poder calorífico
A Tabela 2 exibe os resultados obtidos para análise química imediata e poder calorífico superior dos materiais analisados. De acordo com Quirino (2003), o poder calorífico refere-se à quantidade de energia liberada durante a combustão completa de uma unidade de massa ou de volume de um combustível. No estudo realizado por Quirino et al. (2005), que fizeram um levantamento bibliográfico do poder calorífico de inúmeras espécies florestais, constataram que o poder calorífico de Tabebuia spp. era de 20125,04 J/g, enquanto que o de
T. cassinoides era de 20108,30 J/g, valores bem próximos pois são materiais de mesmo
gênero.
Vale et al. (2002), encontrou teores de voláteis para madeiras de cerrado entre 74,62% e 81,20%. Brito & Barrichelo (1978) e Chrisostomo (2011) encontraram teores de voláteis para o gênero Eucalyptus de 89,9% e 83,48%, respectivamente. Os valores de voláteis encontrados para ambos os tratamentos se mostraram próximos aos valores encontrados para madeiras em geral na literatura e parecidos entre si, por se tratar de materiais de mesmo gênero.
De acordo com Brito e Barrichelo (1979), o valor de cinzas da madeira em geral é menor que 1% em peso. Tradicionalmente, enxofre e cinzas são considerados as principais impurezas dos combustíveis (Quirino et al., 2005), portanto, quanto menor o teor de cinzas, melhor o material. Como não se conhece a procedência da serragem coletada na marcenaria, o corte e manuseio das madeiras estudadas, pode ter ocorrido incrustações de terra ao seu redor, o que resulta no aumento do teor de cinzas (BRITO e BARRICHELO, 1979).
O teor de carbono fixo está relacionado com o teor de lignina, portanto, quanto maior o teor de lignina da madeira, maior sua resistência a decomposição térmica e maior seu teor de carbono fixo (BRITO & BARRICHELO, 1977; CRISOSTOMO, 2011). Nesse contexto, pode-se inferir que ambas as espécies possuem uma porção pode-semelhante de lignina em sua estrutura celular.
Tabela 3. Densidade a granel da serragem de muiracatiara e marapeira e densidade unitária dos briquetes.
Tratamentos Poder Calorífico (J/g) Umidade (%) Teor de voláteis (%) Teor de cinzas (%) Carbono fixo (%) T. cassinoides 18455 ± 168,87 12,7 80,88 ± 0,66 1,16 ± 0,16 17,96 T. alba 18702 ± 181,10 12,5 80,16 ± 0,94 1,05 ± 0,14 18,79
3.3 Caracterização dos briquetes 3.3.1 Densidade
Ambas as serragens in natura apresentaram baixa densidade em relação as densidades médias dos briquetes (Figura 3). Nota-se que, após ser moída e compactada, a densidade da serragem de T. cassinoides aumentou 37,87 vezes e a de T. alba 24,30 vezes. Em geral, essa diminuição do volume de material lignocelulósico, com a briquetagem, proporciona uma maior eficiência no transporte da biomassa energética.
Figura 3. Densidade in natura das serragens de T. cassinoides e T. albae densidade dos briquetes.
3.3.2 Expansão longitudinal
Na figura 4, é possível observar uma elevada expansão em altura dos briquetes de ambos os tratamentos logo na primeira hora após sua confecção, e a partir de então, a curva continuou subindo, porém de modo mais suave. A T. cassinoides a apresentou maiores valores de expansão longitudinal do que a T. alba, portanto pode-se inferir que a serragem de
T. alba possui melhores propriedades de adesão entre suas partículas do que a serragem de T. cassinoides. A expansão dos briquetes se dá devido a baixa adesão entre as partículas da
serragem durante a compactação (CHRISOSTOMO, 2011). 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 in natura briquete T. cassinoides T. alba
Figura 4. Expansão em altura dos briquetes. 3.4.3 Teste de tração por compreção diametral
As Figuras 5 e 6 representam as curvas de tensão versus deformação dos briquetes de
T. cassinoides e T. alba, respectivamente. A força máxima e a tensão na força máxima foi de
95,48 kgf e 0,7540 MPa para T. cassinoides, e 45,12 kgf e 0,3825 MPa para T. alba, respectivamente. Houve diferença estatística em nível de 5% de significância entre a força máxima e a tensão da força máxima de ambos os tratamentos e, nesse caso, os briquetes de
T. cassinoides apresentaram melhores valores de resistência que os briquetes produzidos a
partir de T. alba. A menor resistência dos briquetes de T. alba pode ter relação com a granulometria e o teor de umidade utilizados, pois estes podem não ser os ideais para esta espécie (CHRISOSTOMO, 2011).
Gonçalves et al. (2013) encontrou valores de força máxima e tensão da força máxima para
Eucalyptus grandis entre 66,19 e 90,22 kgf e 0,47 e 0,67 MPa, respectivamente. Os resultados
de resistência encontrados para T. cassinoides se mostraram altos em relação a literatura. Talvez, essa elevada resistência da caixeta pode estar relacionada com sua densidade pós-briquetagem, que se mostrou maior que a de T. alba, assim como com suas propriedades químicas.
Figura 5. Resistência de tração por compressão diametral de 10 repetições de briquetes de T.
cassinoides. 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 6 24 horas Exp an são lo n gitu d in al (% ) T. cassinoides T. alba
Figura 6. Resistência de tração por compressão diametral de 10 repetições de briquetes de T.
alba.
3.4.4 Teste de tamboramento
O teste de tamboramento visa obter a resistência mecânica dos briquetes em relação ao seu manuseio natural (friabilidade) (OLIVEIRA, 2013). Após a realização do teste de tamboramento, a T. cassinoides obteve 87,17% de briquetes íntegros, enquanto a T. alba obteve apenas 48,00% (Figura 7). De acordo com a classificação da CETEC, descrita por Oliveira (1982), os briquetes de T. alba são classificados como muito friáveis, enquanto os briquetes de T. cassinoides são classificados como pouco friáveis.
Como já apontado pelo teste de tração por compressão diametral, T. cassinoides indicou um melhor comportamento em relação a resistência física, sendo mais indicado para estocagem e transporte do que briquetes produzidos a partir de T. alba.
Figura 7. Porção de briquetes que não se desfez durante o teste de tamboramento. 4. CONCLUSÃO 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T. Cassinoides T. Alba Briqu etes ín tegros (% )
Em relação as análises químicas, ambos os tratamentos mostraram resultados ótimos para bioenergia, como os altos valores de poder calorífico e baixos valores de cinzas, porém não foi encontrado na literatura valores de voláteis e cinzas das espécies analisadas, indicando que essas espécies devem ser mais estudadas no futuro em relação ao seu aproveitamento bioenergético.
De acordo com os testes de resistência, os briquetes confeccionados a partir da serragem de T. cassinoides apresentaram propriedades físicas melhores do que os briquetes de T. alba, mostrado assim uma maior adesão entre suas partículas. Entretanto, tanto os briquetes de T.
cassinoides quanto os briquetes de T. alba podem ser considerados viáveis para estocagem
e transporte em grande escala.
Para melhorar a resistência dos briquetes de T. alba, recomenda-se mudar a granulometria e o teor de umidade utilizados ou ainda a utilização de aquecimento durante o processo de compactação.
5. AGRADECIMENTOS
Agradeço ao grupo de pesquisa de Biomassa e Bioenergia da Universidade Federal de São Carlos, campus Sorocaba, pelo apoio e ao meu orientador Fábio Minoru Yamaji pela ajuda e orientação sempre que necessárias.
6. REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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7. NOTA DE RESPONSABILIDADE
