EN3418-Aula3(ConceitosBásicos)

(1)

Universidade Federal do ABC

Biotecnologia: Produção de Combustíveis

a partir de Fontes Renováveis

Aula 3

Biotecnologia: Produ

ç

ão de Combust

í

veis

a partir de Fontes Renov

á

veis

Aula 3

Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras:

Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto

Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana

Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana

Dra. Juliana TTTTTTTTóóóóóóóófanofanofanofanofanofanofanofano de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli de Campos Leite Toneli

Conceitos Básicos

Conceitos B

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Biomassa no Brasil e no mundo

Biomassa:

• tecnologias suficientemente

maduras para serem

empregadas comercialmente; • possibilidade de suprir as necessidades energéticas, seja nos setores de transportes ou na produção de energia elétrica.

Existem diferentes tecnologias para processamento e transformação da energia da biomassa, sendo identificados dois problemas cruciais:

• custo da biomassa;

• eficiência energética da cadeia produtiva.

Fonte: http://4.bp.blogspot.com/_Ve7cJngpqqQ/R1Qibgd7S6I/AAAAAAAAAGA/ JKQHOOh6SwU/s1600-R/biomassa.jpg

Biomassa no Brasil e no mundo

Oferta mundial de energia por fonte (total 12.029 106_tep)

34,0%

26,5% 20,9%

9,8%

2,2% 5,9% 0,7%

Petróleo Carvão Mineral Gás Natural Fontes Renováveis Hidráulica Nuclear

Outras Consumo mundial de energia por fonte

(Total 8.286 106_tep) 42,6% 15,6% 12,4% 17,1% 8,8% 3,5%

Petróleo Gás Natural Fontes Renováveis

Eletricidade Carvão mineral Outras AIE (Agência Internacional de

Energia) calcula que, dentro de aproximadamente 20 anos, 30% da energia total consumida pela humanidade, será proveniente de fontes renováveis.

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Tabela 1 – Produção de energia nas principais regiões no mundo (106_bep)

Biomassa no Brasil e no mundo

Fonte: Olade, 2004

Biomassa no Brasil e no mundo

Crescimento médio mundial: 0,57% ao ano.

Figura 1. Produção da energia de biomassa nas principais regiões do mundo (Fonte: CORTEZ et al., 2008)

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Biomassa no Brasil e no mundo

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1999 2000 2001 2002 2003 Ano E n e rg ia d e B io m a s s a (1 0 6 b e p )

África América do Norte

Ásia e Austrália América Latina

Crescimento médio América Latina: 2,28% ao ano.

Figura 1. Produção da energia de biomassa nas principais regiões do mundo (Fonte: CORTEZ et al., 2008)

Recursos bioenergéticos

Recursos bioenerg

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Fontes de biomassa

Biomassa Vegetais não-lenhosos Vegetais lenhosos Resíduos orgânicos Biofluidos sacarídeos celulósicos amiláceos aquáticos madeiras agrícolas urbanos industriais Óleos vegetais

Cultivos Energéticos

Cultivos Energ

é

ticos

Realizados com o objetivo de aumentar a produtividade de biomassa, visando a produção energética.

Podem ser classificados como:

• Silvicultura; • Cultivos anuais; • Cultivos de transição Fonte: http://www.es.gov.br/site/files/imagem/florestasseringueiras.JPG Fonte: portalsaofrancisco.com.br/alfa/cana-de-acucar... Fonte: http://www.oesteinforma.com.br/imagens/2008/agropecuaria/milho000006.jpg Fonte: http://www.emagrecerepossivel.com/imagens/coco_emagrecimento.jpg Fonte: http://api.ning.com/files/SSkZKcPr7O*lIxcj1yfmgsr8axMAHyg9M-50YkpeJNBATpLQmdgbQ2d9VahWBN4BDIIftZ6NID-tIMky1*-O6sTfeMpxv*Kg/girassol.jpg

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Silvicultura

• Menor espaçamento (2 x 2m, mais de 2500 árvores/ha) e o menor ciclo (4 anos para eucalipto).

• Produtividades médias de 25 m3_{st/ha.ano (3,25 tep/ha.ano).}

• Inicialmente: cultivos visavam aplicação industrial da madeira, principalmente para produção de papel e celulose.

• Florestas energéticas: maior quantidade de energia por hectare, no menor

tempo. interna de energia no Brasil (Fonte: MME, 2009)Figura 2. Participação da bioenergia na oferta

Silvicultura

-38,7 6 232,0 Acácia*** 40 23,5 15 325,5 Pinho** 60-80 40,0 7 280,0 Eucalipto* Produtividade máxima observada (MCS/ha.ano) Produtividade Média (MCS/ha.ano) Ciclo de corte (anos) Produção por corte (MCS/ha) Espécie

Tabela 2. Produtividade típica para florestas plantadas no Brasil (Adaptado de NOGUEIRA & LORA, 2003)

Espaçamentos: * 3,0 x 2,0 m ** 2,5 x 2,8 m *** 1,7 x 3,0 m

• Estimativa (NOGUEIRA & LORA, 2003): Florestas plantadas para fins econômicos no Brasil: 4,1 milhões de ha (50% fins energéticos).

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Recursos Bioenergéticos

Recursos Bioenerg

é

ticos

Florestas Nativas

Recursos considerados como disponíveis apenas quando não se espera sua preservação.

Fonte: www.lbaconferencia.org/port/press_images.htm • Densas: 500t/ha

• Abertas: 200t/ha

Fonte: www.lbaconferencia.org/port/press_images.htm

Recursos Bioenergéticos

Recursos Bioenerg

é

ticos

Florestas Nativas

1,6 7,1 13,7 (m3_st/ha.ano) Produtividade 0,21 0,64 - de 10% de árvores grandes Matagal, savana 0,92 2,84 10 a 60% de árvores grandes Floresta aberta 1,78 5,48 + 60% área com árvores grandes Floresta densa (tep/ha.ano) (t/ha.ano) Descrição Cobertura florestal

Tabela 3. Produtividade sustentável de biomassa de algumas florestas naturais

Fonte: NOGUEIRA & LORA (2003) • Para um aproveitamento em bases sustentáveis, considerando para a lenha:

400 kg/m3_{st e PCI = 13,8 MJ e 1 tep = 41,868 GJ.}

• As estimativas são feitas a partir de amostragens do DAP (diâmetro à altura do peito) e densidade de arvores por hectare.

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Cultivos anuais

• Sacarídeos: podem ser utilizados para a produção de etanol pela fermentação dos açúcares. Exemplos: cana de açúcar, sorgo sacarino;

• Amiláceos: podem ser utilizados para a produção de etanol, pela fermentação do amido. Exemplos: mandioca, batata doce, milho;

• Celulósicos: podem ser utilizados para a produção de etanol, pela fermentação da celulose. Exemplo: capim elefante.

• Aquáticos: podem ser utilizados para a produção de biodiesel

• Oleaginosas: frequentemete utilizadas para a produção de biodiesel. Exemplos: girassol, soja, etc.

Podem ser classificados em sacarídeos, amiláceos, celulósicos, aquáticos e oleaginosas.

Cultivos anuais - Sacarídeos

Cultivos anuais

-

Sacar

í

deos

Cana de açúcar

Fonte: http://br.olhares.com/cana_de_acucar_madeirense_foto1425193.html Fonte: www.observatoriodacana.org/node/42

• Cultura semiperene, com ciclo fotossintético tipo C4, possui safras anuais, permitindo de 4 a 5 cortes.

• Cultura exigente: temperaturas médias dentre 20 e 24ºC , precipitação de 1200 a 1300 mm por ano bem distribuídas, não resiste a geadas.

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Cana de açúcar

• Área ocupada mundial: 22 milhões ha (2007).

• Produção mundial (2006/2007): 1.558 milhões toneladas

• Brasil (2008/2009): 8,92 milhões de ha; 563,64 milhões de toneladas. • Produtividade varia de 120 a 65 t/ha (85 t/ha).

• 1 t de cana produz de 70 a 90 litros de etanol, 240 a 300 kg de bagaço com 50% de umidade (base úmida) e 130 a 160 kg de açúcar.

• Brasil (2008/2009): 563,64 milhões de toneladas de cana, com produtividade média de 48 litros de etanol por tonelada de cana 55,6 kg de açúcar por tonelada de cana.

• Razão entre a energia renovável produzida e a energia fóssil gasta na produção (etanol) = 8,9

Cultivos anuais - Sacarídeos

Cultivos anuais

-

Sacar

í

deos

Figura 3. Evolução da produção de cana-de-açúcar no Brasil Fonte: MAPA(2009)

Cultivos anuais - Sacarídeos

Cultivos anuais

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Sorgo sacarino

• Cultura exigente em relação a solos. • Ciclo curto: 100 a 130 dias.

• Produtividade da ordem de 35 t/ha.

• Produz caldo similar ao da cana, podendo ser integrada à agroindústria canavieira, com uma extensão do período da safra.

Cultivos anuais - Sacarídeos

Cultivos anuais

-

Sacar

í

deos

Mandioca

• Reserva de amido nas raízes. • Ciclo de 10 a 18 meses.

• Produtividade anual de 12 a 20 t/ha. • Teor de amido de 27 a 37%.

• Rendimento de 170 l/t para produção de álcool.

• Pouco exigente quanto a clima e regime hídrico, produzindo bem desde 16 até 38°C.

Fonte: http://www.aguaforte.com/herbarium/mandioca.jpg

Fonte: http://www.poliamidos.com.br/imagens/mandioca.JPG

Cultivos anuais - Amiláceos

Cultivos anuais

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Milho

• Planta C4, de produtividade anual. • Adaptada a todos os climas e solos. • Produção mundial (2004): 725 milhões t em 147 milhões de ha (BNDES & CGE, 2008).

• Produção EUA (2006): > 267 milhões t em ~28 milhões ha. Produção de bioetanol: < 20% do total produzido

• Base da alimentação humana e animal

• Razão entre a energia renovável produzida e a energia fóssil gasta na produção (etanol) = entre 0,8 e 1,3.

Fonte: http://www.defesacivil.rs.gov.br/comunicacao/noticia/20061003-162937/milho2.jpg

Cultivos anuais - Amiláceos

Cultivos anuais

-

Amil

á

ceos

Sorgo granífero

Produz grãos ricos em amido (similar ao milho). Ciclos de 120 dias.

Produtividade de 4 a 6 t/ha.

Para produzir álcool, chega a 340 l/t de grãos secos. Popular na Ásia e na África, para alimentação.

Cultivos anuais - Amiláceos

Cultivos anuais

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• Plantas produtoras de óleos e gorduras, com composição química muito variada.

• Emprego energético: qualidade e adequação de uso do seu óleo. • Dendê

•palmeira com alto potencial de produção de óleos vegetais. • possibilidade de substituição dos derivados do petróleo • Mamona

•apesar da produtividade relativamente baixa, apresenta perspectivas de utilização comercial em substituição a hidrocarbonetos fósseis.

• Óleo com excelentes características, destacando-se suas propriedades lubrificantes.

Cultivos anuais - Oleaginosas

Cultivos anuais

-

Oleaginosas

Tabela 4. Características de alguns vegetais oleaginosos de potencial uso energético

0,1-0,2 3 anual 15 Grão Algodão 0,2-0,4 3 Anual 17 Grão Soja 0,6-0,8 3 Anual 40-43 Grão Amendoim 0,5-0,9 3 Anual 43-45 Grão Mamona 0,5-0,9 3 Anual 40-48 Grão Colza 0,5-1,9 3 Anual 38-48 Grão Girassol 0,1-0,3 12 Anual 66 Amêndoa Babaçu 1,3-1,9 12 7 anos 55-60 Fruto Coco 1,3-5,0 12 7 anos 7-35 Fruto Abacate 3,0-6,0 12 8 anos 20 Amêndoa Dendê Rendimento óleo (t/ha) Meses colheita Ciclo máx eficiência Conteúdo de óleo (%) Origem Espécie

Fonte: NOGUEIRA & LORA (2003)

Cultivos anuais - Oleaginosas

Cultivos anuais

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Cultivos anuais - Aquáticos

Cultivos anuais

-

Aqu

á

ticos

Fitomassa aquática

Fonte: http://7balgas.files.wordpress.com/2008/03/algas3.jpg

Algas:

• produtividades anuais típicas: 100t/ha;

• Rotas tecnológicas: biodigestão anaeróbia e biodiesel.

• Dificuldade na colheita: não há mecanização desenvolvida.

Aguapé ou lírio aquático:

• produtividade anual pode chegar a 200 t/ha; • conversão via biodigestão anaeróbia;

• elevada capacidade de remoção de contaminantes da água.

Fonte: http://br.geocities.com/arteseflores/aguape/aguape6.JPG

Cultivos anuais

Outras espécies interessantes

Fonte: http://www.cnph.embrapa.br/figuras/ba_doce_1.jpg Batata doce Fonte: http://boiapasto.tempsite.ws/wp-content/uploads/herbert08.jpg Capim elefante Fonte: http://www.paty.posto7.com.br/fruta_babacu625x295.jpg Babaçu

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Resíduos

Res

í

duos

Resíduos agrícolas

• Produzidos no campo, resultantes das atividades de colheita dos produtos agrícolas;

• constituídos basicamente por palha, folhas e caule;

• poder calorífico médio de 15,7 MJ/kg de matéria seca

• representam, em geral, mais que o dobro do produto colhido;

• exploração racional: proteção do solo e reposição dos nutrientes

Fonte: http://www.fairbiomass.com/img/pellet01.jpg

Fonte: http://www.mfrural.com.br/usuarios_nt/pond/casca_arroz_carbonizada..jpg

Resíduos

Res

í

duos

Tabela 5 – Produção de matéria-prima e seus resíduos no Brasil em 2004

-111.100 Mamona 80.746.839 88,5 3,0 – 4,0 51.919.440 Soja (restos de cultura) 64.028.870 90,5 5,0 – 8,0 48.327.323 Milho (palha e sabugo) 6.542.206 90,4 6,0 – 10,0 21.961.082 Mandioca (rama) 1.662.658 -2.454.470 Café (casca) em coco 2.937.094 89,0 4,0 - 6,0 10.334.603 Arroz (casca) 59.401.824 23,4 7,0 - 13,0 396.012.158 Cana (bagaço) Produção total de resíduos (t)c Matéria seca (%)b Produção de resíduos (t/ha)b Produção agrícola (t)a Matéria-prima

Legenda: (a) IBGE, 2004; (b) NOGUEIRA et. al., 2000; (c) Calculado em base seca Resíduos agrícolas

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Resíduos

Res

í

duos

Resíduos industriais

• Provenientes do beneficiamento de produtos agrícolas e florestais, do uso de carvão vegetal no setor siderúrgico de ferro gusa e aço e do gás de alto forno a carvão vegetal.

• Utilização:

•processos de conversão termoquímicos;

• conversão em metano por biodigestão anaeróbia

• Escolha do processo está diretamente relacionada à umidade do resíduo. • Brasil (2003):

•551 de 5.471 municípios fizeram controle do resíduo gerado no setor privado, sendo 1,4 milhão de toneladas somente nos principais pólos industriais;

• Estimados 2,9 milhões de toneladas de resíduos sólidos industriais, sendo que apenas 22% recebem tratamento adequado.

Resíduos

Res

í

duos

Resíduos industriais

• Indústrias de açúcar e álcool: bagaço, vinhaça;

• Indústrias de madeira: casca, cavaco, costaneira, pó de serra, maravalha e aparas.

• Indústrias de alimentos: produção de sucos, doces, conservas;

Fonte: http://www.tecnape.com.br/images/fabrica/Abastecimento.jpg • Agroindústrias: laticínios, frigoríficos e

matadouros;

• Indústrias de papel e celulose: casca, cavaco e lixívia;

• Setor siderúrgico a carvão vegetal: gás de alto-forno, produzido durante a reação do carbono do carvão vegetal com o ferro do minério de ferro, é reutilizado no processo.

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Resíduos

Res

í

duos

Resíduos industriais 14,6 4,5 t/t café solúvel Borra de café 12,5 2,5 – 2,8 t/t celulose Licor negro 18,4 250 - 300kg/t cana

Bagaço de cana- de-açúcar

Poder calorífico superior (MJ/kg) base seca

Produção Resíduos

Tabela 6 – Disponibilidade de resíduos agroindustriais

Resíduos

Res

í

duos

Resíduos florestais

• subprodutos da coleta e do processamento da madeira (florestas e bosques naturais ou silvicultura);

• folhas, galho, material resultante da destoca, serragem e aparas • poder calorífico estimado em 13,8MJ/kg de resíduo;

• Brasil (CORTEZ et al., 2008):

• 64% da sua área (5 milhões de km2_{) de floresta nativa;}

• 29 mil km2_{reflorestados com eucalipto (2}º_lugar);

• não há estatísticas precisas sobre os resíduos florestais no Brasil; • madeira utilizada pelas indústrias diretamente para a produção de energia: 4 milhões de m3_.

(17)

Resíduos urbanos

• Lixo urbano, proveniente de resíduos domiciliares e industriais; • águas servidas;

• RSU no Brasil:

• teor de matéria orgânica médio: 60%; • PCI: 5,44 MJ/kg

Resíduos

Res

í

duos

Fonte: http://www.portalms.com.br/adm/imagens/%7BAB44CE60-FA0F-405D-BE24-2C5F0C42A603%7D_Lixo2.jpg Fonte: http://2.bp.blogspot.com/_oSSsLxIRDo8/R-QvetFNihI/AAAAAAAAEWQ/uwn9zAdJnTA/s400/esgoto.jpg 27.557 647 Total 17.170 10 > 500.000 4.249 25 200.001 a 300.000 2.374 34 100.001 a 200.000 3.762 578 Até 100.000

Resíduos gerados (t/dia) Municípios

População (hab)

Tabela 7– Geração de RSU nos municípios de São Paulo

Fonte: CETESB, 2004

Resíduos

Res

í

duos

Resíduos animais

• Esterco bovino, caprino, ovino, suíno e de aves;

• Biodigestão anaeróbia: produção de energia sem perda do poder fertilizante; • Queima direta. Fonte: http://www.enercons.com.br/index.php Fonte: http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:_mz21 QnfP0U_IM:http://www.opresenterural.com .br/files/1251223230suinoss_(27).jpg

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Caracterização da biomassa

Caracteriza

ç

ão da biomassa

Combustíveis

Combust

í

veis

Composição

Os combustíveis possuem em sua composição alguns dos seguintes elementos ou compostos:

• Carbono

• Hidrogênio

elementos que mais contribuem para o poder calorífico dos combustíveis

• Oxigênio: Geralmente presente em combustíveis vegetais. Sua presença diminui o poder calorífico dos combustíveis, bem como as exigências teóricas de ar de combustão.

• Nitrogênio: é responsável pela formação de diversos óxidos (N₂O, NO e NO2) que são compostos de alta irritabilidade para as mucosas, além de

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Combustíveis

Combust

í

veis

Composição

• Enxofre: Também é um elemento combustível, porém, seu poder calorífico é inferior ao do hidrogênio e do carbono.

Sua presença é indesejável por trazer prejuízos ao meio ambiente.

•Os produtos da combustão de enxofre (SO₃ e SO₂) em presença de umidade formam o H₂SO₄, o principal causador da chuva ácida.

• Se a atmosfera de combustão for redutora, pode haver formação de H₂S, um composto perigoso e que produz mau cheiro.

• Níquel, Vanádio, Cálcio, Sódio, Potássio e Manganês: compostos que ocorrem eventualmente e em concentrações muito pequenas.

• Água: normalmente encontrada em todos os combustíveis. Sua presença reduz o poder calorífico do combustível.

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Composição Elementar (Ultimate analysis)

Percentual (massa) dos principais elementos químicos que constituem a biomassa, geralmente referentes à matéria seca:

• Carbono (C); • Oxigênio (O); • Hidrogênio (H); • Nitrogênio (N); • Enxofre (S); e, • Cinzas (A).

Constitui a base para análise dos processos de combustão, tais como cálculo dos volumes de ar, gases e entalpia, determinando o poder calorífico do combustível.

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Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Composição Elementar (Ultimate analysis)

Procedimentos de referência para análise:

• ASTM E 870-82: Standard test methods for wood fuel;

• ASTM E 778-87: Standard test method for nitrogen in the analysis sample of refused derived fuel;

• ASTM 777-87: Standard test method for carbon and hydrogen in the analysis sample of refuse derived fuel

• ASTM 775-87: Standard test method for total sulfur in the analysis sample of refuse-derived Fuel.

• ASTM D 3176-74: Standard Methods for ultimate analysis of coal and coke

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

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micos

importantes

Conteúdo percentual em massa baseado na classificação em:

•Materiais Voláteis (V): parte do combustível que se separa em forma gasosa, durante o aquecimento do mesmo. Composta por hidrocarbonetos presentes na matéria sólida e outros gases formados no processo de pirólise (H₂, CO, CH₄).

Estão relacionados à facilidade de se queimar o combustível, tendo importante papel na ignição e nas etapas iniciais da combustão;

• Carbono Fixo (F): resíduo combustível deixado após o desprendimento do material volátil. Composto basicamente por carbono.

• Cinzas (A): englobam todos os minerais incombustíveis (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, SO₃). Indesejáveis por reduzirem o PCS e provocarem entupimentos e corrosão.

• Umidade (W).

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Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

A água presente em qualquer material biológico pode ser, de forma simplificada, dividida em:

• água de constituição: faz parte da estrutura do produto;

• água livre ou água de adsorção: aderida à superfície sólida; e,

• água de absorção: aderida por forças capilares.

Umidade

É a medida da quantidade de água livre existente na biomassa.

Fonte: pagina-um.blogspot.com/2008_06_01_archive.html

Umidade

A determinação da umidade pode ser realizada por métodos diretos ou indiretos.

Métodos Diretos: a água é retirada do material por aquecimento, a uma temperatura pré-determinada e sua quantidade é avaliada pela perda de peso; Métodos Indiretos: baseiam-se na medida de uma propriedade dependente da quantidade de água, como resistência elétrica, por exemplo. São calibrados por métodos diretos.

Metodologias padronizadas foram definidas para a determinação da umidade de diversos produtos agrícolas e alimentos. Exemplos: Association of Official Analytical Chemists (AOAC) e American Society for Testing Materials (ASTM),

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

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importantes

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A avaliação da composição imediata segundo o padrão da ASTM (American Society for Testing Materials) é composta pelas seguintes etapas:

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Composição Imediata (proximate analysis)

1. Determinação da umidade (Estufa, 105°C) 2. Determinação do material volátil: _{aquecimento lento a temperaturas superiores a} 850°C, por 7 minutos.

3. Fração de carbono que permanece na amostra: carbono fixo ou coque

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

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importantes

Composição Imediata (proximate analysis)

Procedimentos de referência para análise:

• ASTM E871-82: Standard Method of Moisture Analysis of Particulate Wood Fuels;

• ASTM E872-82: Standard Test Method for Volatile Matter in the Analysis of Particulate Wood Fuels;

• ASTM D1102-84: Standard test method for ash in wood

• ASTM D3172-73 a D 3175-73: Standard Methods for proximate analysis of coal and coke

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Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Relação entre as composições elementar e imediata dos

combustíveis

W O N H C S A Base de trabalho Base analítica Base seca Base combustível Umidade Vapores e gases

Voláteis _combustívelFração Carbono fixo

Fração não combustível

w_o

• Base de trabalho: tal como se utiliza: úmido, com cinzas, etc.

• Base analítica: tal como o combustível é analisado, sem umidade externa Wext_{, que é aquela perdida}

pela amostra no trajeto até o laboratório; • Base seca: sem umidade

• Base combustível: sem umidade e sem cinzas

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Tabela 8. Composição elementar e imediata da biomassa (base seca)

5,89 0,21 0,65 40,77 5,35 47,05 21,20 5,51 73,29 Ramas de algodão 18,54 23,80 14,95 16,67 17,82 17,70 F 1,36 8,25 11,27 17,89 0,79 0,29 A 80,10 67,95 73,78 65,47 81,42 82,54 V Composição Imediata (%) 1,40 0,01 0,47 45,46 5,87 46,58 Sabugo de milho 10,25 0,12 2,98 33,19 5,23 48,23 Casca de coco 9,79 0,01 0,38 39,55 5,35 44,80 Bagaço de cana 18,34 0,02 0,40 35,86 4,30 40,96 Casca de arroz 0,72 0,01 0,30 43,97 5,87 49,00 Eucalipto 0,30 0,03 0,06 44,36 5,99 49,25 Pinus A S N O H C Composição Elementar (%) Biomassa Fonte:JENKINS (1990)

(24)

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

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-

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micos

importantes

Poder Calorífico: É a quantidade de energia térmica liberada pela combustão completa de uma amostra, por unidade de massa (ou volume).

O teste é realizado em uma bomba calorimétrica (ou calorímetro), queimando-se uma amostra em uma atmosfera pressurizada com oxigênio e medindo-queimando-se o aquecimento da água do calorímetro.

O calor liberado durante esse procedimento indica a quantidade máxima de energia que pode ser obtida da transferência de calor do

combustível. Fonte: http://www.labcontrol.com.br/produtos/bomba_c5000.htm

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Poder Calorífico Superior (PCS)

Os vapores de água presentes nos gases de combustão são condensados e a energia de condensação é considerada.

Valor medido pelo calorímetro Poder Calorífico Inferior (PCI)

Os vapores de água presentes nos gases de combustão não são considerados. Possui menor valor e pode ser definido como aquele efetivamente possível de ser utilizado nos combustíveis.

biomassa

na

Hidrogênio

de

fração

H

kg

/

kJ

2442

o

condensaçã

de

Entalpia

h

onde

;

w

1

1 )]

H

9 w

(

h

PCS

[

PCI

lv s s lv

=













+

−

=

(25)

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Tabela 9. Poder calorífico superior da biomassa (base seca)

18,26 Ramas de algodão

19,87 Resíduos Sólidos Urbanos

17,36 18,77 19,04 17,33 16,14 19,42 20,02

Poder Calorífico Superior (PCS) MJ/kg Excremento de gado Sabugo de milho Casca de coco Bagaço de cana Casca de arroz Eucalipto Pinus Biomassa Fonte:JENKINS (1990)

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Relação de Medeleiv:

Relaciona o poder calorífico da biomassa com a sua composição, por meio da seguinte equação: biomassa na elemento cada de frações as são S e O , H , C e w 1 1 ) w 2400 ) S O ( 10900 H 103000 C 33900 ( PCI s s       + − − − + =

(26)

Parâmetros físico-químicos

importantes

Parâmetros f

í

sico

-

qu

í

micos

importantes

Outras propriedades importantes:

•Densidade: razão entre a massa e o volume aparente ocupado por ela. É um parâmetro importante para definição dos meios de transporte e das condições de armazenagem.

•Condutividade térmica: define a taxa de transferência de calor da superfície para o interior da biomassa. Depende da umidade.

•Calor específico: define a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura da biomassa em 1 ºC.

•Dimensões e formatos: o tamanho e a forma das partículas do combustível interferem no seu transporte e comportamento (distribuição) dentro do reator.

Bibliografia

CORTEZ, L. A. B.; LORA, E. E. S.; GÓMEZ, E. O. Biomassa para energia. Campinas: Editora Unicamp. 2008. 732p.

BNDES & CGE. Bioetanol de Cana-de-Acúcar – Energia para o Desenvolvimento Sustentável (2008).

NOGUEIRA, L. A. H. & LORA, E. E. S. Dendroenergia: fundamentos e aplicações. 2ª Edição. Rio de Janeiro. Ed. Interciência. 2003.

JENKINS, B. M. Fuel properties for biomass materials. International Symposium on Application and Management of Energy in Agriculture.: The role of biomass fuels., New Delhi, 1990.

NOGUEIRA, M. F. M. Biomassa energética: caracterização da biomassa. I Escola de Combustão. 2007.

BIZZO, W. A. Geração, distribuição e utilização de vapor. Apostila de curso EM722/ES606. Unicamp. 2003.