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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO
UNIDADE ACADÊMICA ESPECIALIZADA EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS - UECIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
QUALIDADE DE BRIQUETES PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE
BAMBU E SERRAGEM DE MADEIRA
DJAILSON SILVA DA COSTA JÚNIOR
ALEXANDRE SANTOS PIMENTA
Macaíba - RN, 2015
2
DJAILSON SILVA DA COSTA JÚNIOR
QUALIDADE DE BRIQUETES PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE
BAMBU E SERRAGEM DE MADEIRA
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em
Ciências Florestais da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, como
pré-requisito para obtenção do título de
Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta
Macaíba - RN, 2015
3
Divisão de Serviços Técnicos
Catalogação da Publicação na Fonte.
Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba
Biblioteca Setorial Professor Rodolfo Helinski
Costa Júnior, Djailson Silva da.
Qualidade de briquetes produzidos a partir de resíduos de bambu e
serragem de madeira / Djailson Silva da Costa Júnior. – Macaíba, RN, 2016.
65 f. -
Orientador (a): Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta
Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. Programa de
Pós- Graduação em Ciências Florestais.
1. Biomassa – Dissertação. 2. Energia Renovável – Dissertação. 3. Lenha Ecológica – Dissertação. 4. Resíduos Agroflorestais – Dissertação. I. Pimenta,
Alexandre Santos. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. IV. Título. RN/UFRN/BSPRH CDU: 551.557.5
4
QUALIDADE DE BRIQUETES PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE
BAMBU E SERRAGEM DE MADEIRA
Dissertação avaliada e aprovada pela banca examinadora:
Orientador:
______________________________________________________________
Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta- UFRN
Examinadores:
_________________________________________________________________
Prof. Drª. Elisabeth de Oliveira - UFCG
____________________________________________________________________
Prof. Dr. Leandro Calegari - UFCG
___________________________________________________________________
Prof. Drª. Rosimeire Cavalcante dos Santos – UFRN
___________________________________________________________________
Prof. Drª. Angélica de Cássia Oliveira Carneiro - UFV
Data de aprovação: 16 /12/2015
Macaíba - RN, 2015
5
DEDICO
A Deus, que nos criou e foi criativo nesta
tarefa. Seu fôlego de vida em mim me foi
sustento e me deu coragem para questionar
realidades e propor sempre um novo mundo
de possibilidades.
“Autor desconhecido”
6
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades.
Aos meus pais, pelo amor, incentivo e apoio incondicional
Ao meu orientador Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta, pelo suporte no pouco tempo
que lhe coube, pelas suas correções e incentivos para que seu orientado fosse adiante.
Assim como os membros da Banca Examinadora, pela disponibilidade, colaboração e
participação, pelas valiosas contribuições.
A esta universidade, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a
janela que hoje vislumbro um horizonte superior, eivado pela acendrada confiança no
mérito e ética aqui presentes.
A todos que fazem parte do Grupo do Laboratório de Tecnologia da Madeira da
UAECIA - UFRN, pela amizade, companheirismo e apoio a mim dedicado, só assim foi
possível à realização desse trabalho.
Ao proprietário da empresa “Espetinhos de Bambu LTDA”, onde foi coletado o
material para pesquisa.
À Universidade Federal Rural do Semi – Árido (UFERSA) na qual tive a excelente
oportunidade de pôr em prática os ensinamentos de minha profissão, bem como
agradecer aos conhecimentos adquiridos não só nesta universidade, mais a UFCG no
qual me tornei Engenheiro Florestal, na qual sempre terá o meu eterno agradecimento.
A minha grande amiga Ane Fortes e toda sua família, na qual terá sempre meu
reconhecimento e singelos agradecimentos.
E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito
obrigado.
7
COSTA JÚNIOR, Djailson Silva da. Qualidade de briquetes produzidos a partir de
resíduos de bambu e serragem de madeira. 2015. 57f. Dissertação (Mestrado) Ciências
Florestais. PPGCFL/UFRN, Macaíba – RN, 2015.
RESUMO
Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da temperatura de compactação na
qualidade de briquetes produzidos com diferentes proporções de resíduos de bambu e
mix de serragem de madeira. Utilizou-se uma briquetadeira da marca LIPPEL, com
pressão de compactação 150 Bar, tempo de prensagem de 5 min e resfriamento de 2
min.. As temperaturas de prensagem utilizadas foram de 120 ºC, 130 ºC e 140 ºC e as
proporções dos resíduos de bambu e mix de serragem da madeira de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e
0/1, em experimento inteiramente casualizado com 15 tratamentos e 10 repetições.
Foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas e química dos briquetes produzidos.
Determinou-se, ainda a degradação térmica dos briquetes com base na a análise
termogravimétrica. Os dados foram submetidos ao teste de normalidade de Shapiro
Wilk e quando apresentado diferenças significativas os mesmos foram comparados pelo
teste de Tukey ao nível de 5% de significância. De modo a explicar melhor a interação
dos fatores, realizou-se modelo de regressão linear, com o intuito de estimar a (variável
resposta Y), com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2). Em seguida os
dados foram submetidos a análises de agrupamento e componentes principais (ACP), na
seleção de briquetes visando à produção de bioenergia. Os melhores resultados obtidos
foram para os briquetes produzidos à temperatura de 130 °C promoveu maior qualidade
dos briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão
volumétrica. Os briquetes produzidos com as proporções de bambu/serragem de 1/3, 1/1
e 3/1, compactados na temperatura de 120 °C, foram os melhores considerando-se sua
mais alta densidade aparente e mais baixa expansão volumétrica. Os maiores valores de
tensão de ruptura foram obtidos para os briquetes produzidos à 140 °C, no entanto,
apresentaram valores mais elevados de expansão volumétrica e menores densidades
aparentes em relação aos produzidos na temperatura de 120 °C e 130 °C. Verificou-se
que os resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para produção de
briquetes. A análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e
seleção dos briquetes foram eficientes, sendo observada semelhança entre grupos, como
foi possível verificar em previsões feita pelo modelo, onde obteve valores mais altos de
R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de ruptura 0,8132 e
densidade energética 0,6389.
Palavras-chave: biomassa, energia renovável, “lenha ecológica”, resíduos
agroflorestais
8
COSTA JÚNIOR, Djailson Silva da. Briquettes quality produced bamboo waste from
and sawdust. 2015. 57pgs. Master thesis (Master’s degree). Forestry Sciences.
PPGCFL/UFRN, Macaíba – RN, 2015.
ABSTRACT
This study aimed to evaluate the influence of compaction temperature on the quality of
briquettes produced with different proportions of waste and bamboo sawdust. We used a
briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar, 5 min time pressing 2 min
and cooling. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C and the proportions of
components and bamboo sawdust 1 / 0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in a completely
randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical and mechanical
properties and chemistry of briquettes were evaluated. It was determined, also the
thermal degradation of the briquettes by thermogravimetric analysis. The data were
submitted to the Shapiro-Wilk normality test and Tukey test at 5% significance level. In
order to better explain the interaction of the factors was held linear regression model
based on OLS with interest in estimating the (variable Y response), based on the
temperature (X1) and proportion of bamboo (X2) In then the data were subjected to
cluster analysis and principal components (ACP), the selection of briquettes aiming at
the production of bioenergy. The best were those produced briquettes at a temperature
of 130 °C promoted higher quality of the briquettes, but only in terms of density and
volume expansion. The briquettes made with bamboo proportions / sawdust 1/3, 1/1 and
3/1, compressed at a temperature of 120 °C was the best considering its higher bulk
density and lower volumetric expansion. The higher breakdown voltage values were
obtained for the briquettes to 140 °C, however, they showed higher values of volumetric
expansion and smaller bulk densities produced in relation to the temperature of 120 to
130 °C. It was found that the bamboo wood waste or sawdust have potential for the
production of briquettes. The principal component analysis (PCA), employed for the
evaluation and selection of briquettes were efficient, being observed similarity between
produced groups, as we observed in forecasts made, was model , which obtained higher
values of R2 in models adjusted for fixed carbon 0,9941, breakdown voltage 0,8132 and
energy density 0,6389.
Keywords: Biomass, Renewable Energy, Ecological firewood, Waste Agroforestry
9
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO I
EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO NA QUALIDADE DE
BRIQUETES PRODUZIDOS COM MISTURAS DE BAMBU E SERRAGEM
Figura 1: Curvas TG/DTG dos resíduos de bambu (A) e da serragem (B).............. .... 277
Figura 2A: Densidade aparente, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................34
Figura 2B: Boxplot da Densidade aparente, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................34
Figura 2C. Curva resposta da Densidade aparente, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................34
Figura 3A: Densidade energética, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................35
Figura 3B: Boxplot da Densidade energética, em função da temperatura de compactação
e composição...................................................................................................................35
Figura 3C: Curva resposta da Densidade energética, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................35
Figura 4A: Expansão volumétrica, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................36
Figura 4B: Boxplot da Expansão volumétrica, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................36
Figura 4C: Curva resposta da Expansão volumétrica, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................36
Figura 5A: Tensão de ruptura, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................37
10
Figura 5B: Boxplot da Tensão de ruptura, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................37
Figura 5C: Curva resposta da Tensão de ruptura, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................37
Figura 6A: Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................38
Figura 6B: Boxplot da Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................38
Figura 6C: Curva resposta da Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................38
Figura 7A: Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................39
Figura 7B: Boxplot do Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................39
Figura 7C: Curva resposta da Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................39
Figura 8A: Umidade, em função da temperatura de compactação e composição...........40
Figura 8B: Boxplot da Umidade, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................40
Figura 8C: Curva resposta da Umidade, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................40
Figura 9A: Teor de carbono fixo, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................41
11
Figura 9B: Boxplot do Teor de carbono fixo, em função da temperatura de compactação
e composição...................................................................................................................41
Figura 9C: Curva resposta do Teor de Carbono fixo, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................41
Figura 10A: Teor de cinzas, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................42
Figura 10B: Boxplot do Teor de cinzas, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................42
Figura 10C: Curva resposta do Teor de cinzas, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................42
Figura 11A: Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de compactação e
composição......................................................................................................................43
Figura 11B: Boxplot do Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................43
Figura 11C: Curva resposta do Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de
compactação e composição.............................................................................................43
CAPÍTULO II
CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL ATRAVÉS DE
ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E TERMOGRAVIMÉTRICA
Figura 1. Termogramas obtidos por TGA e Degradação térmica dos briquetes
analisados, representados por ordem
alfabética..........................................................................................................................55
Figura 2. Dispersão dos briquetes de resíduos agroflorestais, considerando as duas
primeiras componentes principais...................................................................................59
Figura 3. Variância explicada acumulada e autovalores obtidos da matriz de
correlação........................................................................................................................60
12
LISTA DE TABELAS
CAPÍTULO I
EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO NA QUALIDADE DE
BRIQUETES PRODUZIDOS COM MISTURAS DE BAMBU E SERRAGEM
Tabela 1: Análise física e energética dos resíduos “in natura”........................................
...................................................................................................................................... 266
Tabela 2: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples
antes da escolha de variáveis adequadas à estimativa
.................................... ....................................................Erro! Indicador não definido.9
Tabela 3: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples
com as variáveis explicadas adequadas .......................................................................... 32
CAPÍTULO II
CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL ATRAVÉS DE
ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E TERMOGRAVIMÉTRICA
Tabela 1. Valores médios de perda de massa dos briquetes de bambu e serragem de
madeira.............................................................................................................................53
Tabela 2. Resumo da Anova das propriedades energéticas e composição química
imediata dos briquetes (bambu/serragem) em função da temperatura de
compactação....................................................................................................................56
Tabela 3. Resumo da Anova das propriedades físicas dos briquetes (bambu/serragem)
em função da temperatura de
compactação....................................................................................................................57
Tabela 4. Autovalores e proporção da variância total explicada e acumulada pelos dez
componentes principais obtidos a partir das variáveis
originais...........................................................................................................................58
13
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO GERAL ........................................................................................................................... 14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................... 18
CAPÍTULO I ............................................................................................................................................ 20
Efeito da temperatura de compactação na qualidade de briquetes produzidos com misturas de
bambu e serragem ...................................................................................................................................... 21
Resumo: ..................................................................................................................................................... 21
Abstract: ..................................................................................................................................................... 22
INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 23
MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................................................... 24
RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................... 25
CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 43
LITERATURA CITADA ........................................................................................................................... 44
CAPÍTULO II .......................................................................................................................................... 47
Classificação de briquetes de biomassa vegetal, por meio de análise de componentes principais e
termogravimétrica ...................................................................................................................................... 48
Resumo: ..................................................................................................................................................... 48
Abstract ...................................................................................................................................................... 49
INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 49
MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................................................... 50
RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................... 52
CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 60
LITERATURA CITADA ........................................................................................................................... 61
CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................................................... 65
14
INTRODUÇÃO GERAL
No Brasil, a indústria madeireira é uma grande geradora de resíduos de madeira e,
além disso, há também a geração dos resíduos provenientes do meio urbano
(Wiecheteck, 2009). Esses resíduos na maioria das vezes recebem tratamento
inadequado, ficando expostos ao meio ambiente (Froehlich et al, 2012).
Wiecheteck (2009) classifica os resíduos madeireiros quanto a sua origem, como
industriais ou gerados nos meio urbanos. Os industriais ainda são divididos em
serragem, cepilho, sólidos de madeira e casca, já os do meio urbano são classificados
em resíduos da construção civil, da poda efetuada na arborização e de embalagens de
madeira vindas do comércio.
Uma forma de reduzir a pressão sobre as florestas, além de reciclar o resíduo gerado
por atividades anteriores, seria por meio do processo conhecido como briquetagem, que
consiste da aplicação de pressões e ou temperaturas, de modo a aumentar sua densidade,
contribuindo para armazenamento, transporte e otimizando as propriedades energéticas
dos resíduos vegetais, obtendo um combustível com homogeneidade granulométrica, de
maior densidade e resistência mecânica (Quirino & Brito, 1991).
Os resíduos da biomassa florestal no Brasil podem causar problemas ambientais,
visto que são gerados em grande quantidade. Entre os principais problemas tem a
contaminação e assoreamento dos cursos de água, a ocupação territorial e a poluição
consequente de sua queima a céu aberto (Dias Júnior et al., 2014). Os resíduos, por sua
vez podem ser transformados em briquetes que se caracterizam como resultado da
prensa de pequenas partículas formando blocos.
A briquetagem ou densificação de biomassa é um processo atrativo para países em
desenvolvimento onde tem especial potencial como substituta energética de
combustíveis fósseis em diferentes finalidades (Bhattacharya, 2003). Problemas como
15
alto volume, baixa densidade energética, baixo poder calorífico e alto conteúdo de
umidade de resíduos lignocelulósicos são satisfatoriamente contornados com o processo
de briquetagem, gerando um combustível sólido de qualidade (Zhanbin, 2003;
Bhattacharya, 2003; Quirino et al., 2012), cuja densidade energética pode atingir valores
até três vezes mais do que a lenha convencional (Protásio et al., 2011).
A matéria prima mais utilizadas no Brasil para produção de briquetes são oriundas da
indústria florestal ponteiras de árvores, galhada, serragem, aparas e da atividade agrícola
(cascas de arroz, bagaço de cana, cascas de café, etc.), além de outros resíduos
agroindustriais (Quirino et al., 2012).
Para aproveitamento racional, misturas de resíduos de bambu em combinação com
outros resíduos, em diferentes proporções, foram empregados com sucesso para
produção de briquetes (Dias Júnior et al., 2014).
Os principais consumidores de briquetes com fonte energética são as indústrias de
cerâmica para queima direta em fornos e as indústrias têxteis e de alimentos. A queima
de briquetes é justificada porque é um combustível de alta densidade energética, baixo
teor de umidade e maior facilidade de manuseio em relação à lenha (Altener, 2004),
podendo ser a queima conduzida com sucesso em olarias, cerâmicas, fornos,
alambiques, caldeiras, geradores de ar quente para secagem de grãos e em todo tipo de
equipamento projetado originalmente para uso de lenha como fonte de energia.
O bambu é um gênero cujas espécies podem apresentar alto potencial de produção de
biomassa, sendo atualmente bastante cultivadas no Nordeste do Brasil, em locais de
clima tropical secos e semiárido, com destaque para plantios nos estados do Maranhão e
Pernambuco (Moreira, 2012). O bambu pode produzir de 50 a 100 t ano-1
por hectare,
dependendo da espécie (Beraldo & Azzini, 2004). Em Pernambuco, como em outros
Estados brasileiros, destaca-se o uso do bambu para produção de espetinhos para uso
16
doméstico e comercial, atividade geradora de resíduos em forma de aparas, pó e
pedaços em diferentes granulometrias.
Devido ao aumento da demanda global nos últimos anos e do avanço tecnológico
proveniente da crise dos combustíveis fósseis aumentou-se a pressão sobre as florestas,
com destaque para a produção de lenha e de carvão vegetal. O uso de forma irracional,
sem atender a qualquer regime de manejo, estende a preocupação com o uso
indiscriminado das florestas (Oliveira et al., 2006).
Neste contexto, empresas buscam cada vez mais autossuficiência de matéria prima
em quantidade e qualidade, dando importância substancial ao desenvolvimento de novas
tecnologias voltadas ao aproveitamento de resíduos, as quais se tornam cada vez mais
autossustentáveis.
A otimização de condições de briquetagem via combinações de pressão e
temperatura de compactação é um recurso que pode ser útil para definir padrões de
processo para uso em escala industrial, podendo definir condições específicas de
densificação para cada resíduo individualmente (Quirino et al., 2012; Yamaji et al.,
2015). Entretanto, apesar de ter usos tecnológicos conhecidos e bem definidos em
termos de mercado, no Brasil ainda são escassos trabalhos publicados abordando o uso
da variação de temperatura de matriz em combinação com a pressão de compactação
para a produção de briquetes com resíduos de bambu.
A qualidade dos briquetes está diretamente relacionada com o tipo de resíduos que
lhe deu origem, assim como suas propriedades físicas, mecânica e química. Dentre as
propriedades que mais interferem na produção e qualidade dos briquetes do material de
origem: estão teor de umidade, geometria das partículas, densidade granel e teor de
lignina.
17
A análise termogravimétrica tem sido frequentemente usada nos estudos de
decomposição térmica da madeira. Por meio dela é mostrado como a madeira se
comporta quando aquecida, sendo possível verificar em que temperatura é iniciada a
decomposição térmica e, ainda, em qual faixa de temperatura ela é mais pronunciada.
Para que a biomassa seja melhor aproveitada é de extrema importância o
conhecimento do comportamento térmico e dos parâmetros cinéticos durante o processo
de termo conversão. As técnicas de análise térmica, particularmente a
termogravimétrica (TG/DTG) e análise térmica diferencial (DTA), possibilitam a
obtenção destas informações de maneira simples e rápida.
Este trabalho tem como objetivo avaliar a aplicação de diferentes temperaturas e
proporções de componentes nas propriedades de briquetes produzidos com resíduos de
bambu e serragem.
18
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7402 – Carvão vegetal –
determinação granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, 1982. 3p.
Altener – Comissão Europeia. Bioenergia: manual sobre tecnologias, projeto e
instalação. ECOFYS, Portugal, 2004.
Beraldo, A.L.; Azzini, A. Bambu: características e aplicações. Guaíba: Agropecuária,
2004. 127 p.
Dias, Júnior, A. F.; Andrade, A.M.; Costa Júnior, D.S. Caracterização de briquetes
produzidos com resíduos agroflorestais. Revista Pesquisa Florestal Brasileira, v.34,
n.79, p. 225-234, 2014.
Froehlich, A. G.; Justen, G.S.; Luppi, L.; Moraes, S. Utilização de Biomassa para
geração de energia: um estudo de caso em uma indústria madeireira de Aripuanã-MT.
In: VIII CENEG – Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2012, Rio de Janeiro.
Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2012. Disponível em:
<http://www.excelenciaemgestao.org/portals/2/documents/cneg8/anais/t12_0477_24
45.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2015.
Moreira, A. C. O. de. Caracterização de Bambusa vulgaris Schard. ex J.C. Wendl.
var. vulgaris, e dos resíduos de caldeira no processo de conversão térmica de energia.
Brasília: UNB, 2012. 61f. Dissertação Mestrado
Oliveira, E.; Vital, B.R; Pimenta, A.S.; Lucia, R.M.D.; Ladeira, A.M.M.; Parikh, J.;
Channiwala, S.A.; Ghosal, G.K.A. Correlation for calculating HHV from proximate
analysis of solid fuels. Fuel, v.84, n.5, p. 487-494, 2006.
Protásio, T.P.; Alves, I.C.N.; Trugilho, P.F.; Silva, V.O.; Baliza, A.R.R.
Compactação de biomassa vegetal visando à produção de biocombustíveis sólidos.
Pesquisa Florestal Brasileira, v.31, n.68, p. 273-283, 2011.
19
Quirino, W.F.; Brito, J.O. Características e índice de combustão de briquetes de
carvão vegetal, Brasília: LPF/IBAMA, 18p.1991.
Quirino, W. F.; Pinha, I. V. de. O.; Moreira, A. C. de. O.; Souza, F.; Tomazello
Filho, M. Densitometria de raios X na análise da qualidade de briquetes de resíduos de
madeira. Revista Scientia Forestalis, v.40, n.96, p. 525-536, 2012.
Wiecheteck, M. Aproveitamento de resíduos e subprodutos florestais, alternativas
tecnológicas e propostas de políticas ao uso de resíduos florestais para fins energéticos,
Sumário Executivo, Projeto PNUD BRA 00/20 – Apoio às políticas públicas na área de
Gestão e controle ambiental, Ministério Do Meio Ambiente, Curitiba, 2009.
Yamaji, F.M; Vendrasco, L; Chrisostomo, W; Flores, W. P. Análise do
comportamento higroscópico de briquetes. Revista Energia na Agricultura, v.28, n.1, p.
11-15, 2013.
Zhanbin, C. Normal temperature briquetting technology for biomass with original
moisture contente. International Conference on Bioenergy Utilization and Environment
Protection, Dalian, China, September, 2003.
20
CAPÍTULO I
EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO EM BRIQUETES
PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE BAMBU E SERRAGEM
DE MADEIRA
Artigo submetido à Revista AGRIAMBI
21
Efeito da temperatura de compactação em briquetes produzidos a partir de
resíduos de bambu e serragem de madeira
Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da temperatura de
compactação na qualidade de briquetes produzidos com diferentes proporções de
resíduos de bambu e serragem. Utilizou-se uma briquetadeira da marca LIPPEL, com
pressão de compactação 150 Bar, tempo de prensagem de 5 min e resfriamento de 2
min.. As temperaturas aplicadas foram 120, 130 e 140 ºC e as proporções dos
componentes bambu e serragem de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1, em experimento inteiramente
casualizado com 15 tratamentos e 10 repetições. Foram avaliadas as propriedades físicas
e mecânicas e química dos briquetes. Determinou-se, também a degradação térmica dos
briquetes pela análise termogravimétrica. Os dados foram submetidos ao teste de
normalidade de Shapiro Wilk e comparados pelo teste de Tukey ao nível de 5% de
significância. De modo a explicar melhor a interação dos fatores, realizou-se modelo de
regressão linear, baseado em Mínimos Quadrados Ordinários, com interesse em estimar
a (variável resposta Y), com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2) Os
melhores briquetes foram aqueles produzidos à temperatura de 130 °C promoveu maior
qualidade dos briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão
volumétrica. Os briquetes produzidos com as proporções de bambu/serragem de 1/3, 1/1
e 3/1, compactados na temperatura de 120 °C, foram os melhores considerando-se sua
mais alta densidade aparente e mais baixa expansão volumétrica. Os maiores valores de
tensão de ruptura foram obtidos para os briquetes produzidos à 140 °C, no entanto,
apresentaram valores mais elevados de expansão volumétrica e menores densidades
aparentes em relação aos produzidos na temperatura de 120 e 130 °C. Verificou-se que
os resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para produção de
briquetes, como foi possível verificar em previsões feita pelo modelo, onde obteve
valores mais altos de R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de
ruptura 0,8132 e densidade energética 0,6389.
Palavras-chave: biomassa, energia renovável, lenha ecológica, resíduos agroflorestais
22
Effect of temperature on quality of briquettes produced by mixing bamboo
and sawdust
Abstract: This study aimed to evaluate the influence of compaction temperature on the
quality of briquettes produced with different proportions of waste and bamboo sawdust.
We used a briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar, 5 min time
pressing 2 min and cooling. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C and
the proportions of components and bamboo sawdust 1 / 0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in a
completely randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical and
mechanical properties and chemistry of briquettes were evaluated. It was determined,
also the thermal degradation of the briquettes by thermogravimetric analysis. The data
were submitted to the Shapiro-Wilk normality test and Tukey test at 5% significance
level. In order to better explain the interaction of the factors was held linear regression
model based on with interest in estimating the (variable Y response), based on the
temperature (X1) and proportion of bamboo (X2) The those produced briquettes were
best at a temperature of 130 °C promoted higher quality of the briquettes, but only in
terms of density and volume expansion. The briquettes made with bamboo proportions /
sawdust 1/3, 1/1 and 3/1, compressed at a temperature of 120 ° C was the best
considering its higher bulk density and lower volumetric expansion. The higher
breakdown voltage values were obtained for the briquettes to 140 ° C, however, they
showed higher values of volumetric expansion and smaller bulk densities produced in
relation to the temperature of 120 to 130 °C. It was found that the bamboo wood waste
or sawdust have potential for the production of briquettes, as we observed in forecasts
made peolo model , which obtained higher values of R2 in models adjusted for fixed
carbon 0,9941, breakdown voltage 0,8132 and energy density 0,6389.
Keywords: biomass, renewable energy, eco-wood, agroforestry wastes
23
INTRODUÇÃO
A briquetagem de biomassa é um processo capaz de fornecer combustível de
qualidade tanto para uso doméstico quanto para uso industrial, aproveitando resíduos
sem uso definido e que, normalmente, são descartados sem critério, gerando problemas
ambientais, tais como, assoreamento e contaminação de cursos d’água e poluição do ar
quando queimados a céu aberto (Dias Júnior et al., 2014). Problemas como alto volume,
baixa densidade energética, baixo poder calorífico e alto conteúdo de umidade de
resíduos lignocelulósicos são satisfatoriamente contornados com o processo de
briquetagem, gerando um combustível sólido de qualidade (Zhanbin, 2003;
Bhattacharya, 2003; Quirino et al., 2012), cuja densidade energética pode atingir
valores até três vezes mais do que a lenha convencional (Protásio et al., 2011).
As matérias primas mais utilizadas no Brasil para produção de briquetes são oriundas
da indústria florestal provenientes de (ponteiras de árvores, galhada, serragem, aparas) e
da atividade agrícola, tais como (cascas de arroz, bagaço de cana, cascas de café, etc.)
além de outros resíduos agroindustriais (Quirino et al., 2012). A queima de briquetes é
justificada porque é um combustível de alta densidade energética, baixo teor de
umidade, baixo valor de mercado e maior facilidade de manuseio em relação à lenha
(Comissão Europeia, 2004).
A otimização de condições de briquetagem via combinações de pressão e
temperatura é um recurso que pode ser útil para definir padrões de processo para uso em
escala industrial, podendo definir condições específicas de densificação para cada
resíduo individualmente (Quirino et al., 2012; Yamaji et al., 2015).
Deste modo, este estudo teve por objetivo avaliar a influência de diferentes
temperaturas de compactação e proporções de resíduos de bambu (Bambusa vulgaris
Schard) e serragem de madeira, na qualidade de briquetes para uso energético.
24
MATERIAL E MÉTODOS
Resíduos de bambu foram coletados na empresa Espetinhos Dona Maria Ltda,
localizada em Nazaré da Mata – PE, que utiliza varas de bambu colhidas em plantios de
Bambusa vulgaris Schard, para produção de espetinhos para uso doméstico e comercial.
O mix de serragem por sua vez foi coletada em uma marcenaria localizada no município
de Macaíba - RN.
Nos resíduos, foram determinados o teor de umidade de equilíbrio, a densidade à
granel (kg m-3
) com base na norma NBR 6922 (ABNT, 1983), o poder calorifico
superior (kcal kg-1
) de acordo com a NBR 8633 (ABNT, 1984) e densidade energética
(Gcal m-3
) de acordo com (Protásio et al., 2011).
Para avaliação do padrão de decomposição térmica dos resíduos na qual encontrava-
se à (8% de umidade), os mesmos foram analisados em uma balança termogravimétrica
modelo TG 209 F3 Tarsus, marca NETZCH, obtendo-se as curvas Termo
Gravimétrica/Derivada Termo Gravimétrica – (TG/DTG), em atmosfera dinâmica de
N2, com a seguinte programação: temperatura inicial de 50 ºC e aplicando-se taxa de
aquecimento de 10 ºC min-1
até temperatura final de 500 ºC, mantendo-a por um tempo
de um minuto.
Para produção dos briquetes foi utilizada uma briquetadeira hidráulica, marca
LIPPEL, modelo LB-32, com matriz cilíndrica com dimensões internas de 35 mm de
comprimento, 45 mm de largura e 280 mm de altura. Para produção de cada briquete,
utilizou-se uma massa de partículas de 30 g, com teor de umidade de 8%. Para todos os
tratamentos, utilizou-se tempo de compactação de 5 minutos à uma pressão de 150 Bar,
e resfriamento de 2 minutos. Após a confecção, os briquetes foram condicionados por
30 dias em câmara climática a 20 °C + 3, à 60% de umidade relativa do ambiente.
25
Para avaliar a qualidade dos briquetes determinou-se a expansão volumétrica
(Ohana, 2012), a densidade energética, segundo procedimento preconizado por Protásio
et al. (2011); a densidade aparente NBR 11941 (ABNT, 2003); resistência à compressão
longitudinal diametral Quirino & Brito (1991); friabilidade NBR 7402 (ABNT, 1982);
poder calorífico superior NBR 8633 (ABNT, 1984) e análise imediata (teores de
umidade, carbono fixo, matérias voláteis e cinzas) NBR 8112 (ABNT, 1986).
O experimento foi executado em um delineamento inteiramente casualizado
envolvendo três temperaturas da matriz da briquetadeira, 120 °C, 130 °C e 140 °C, e
cinco proporções de resíduos de bambu e serragem, a saber, 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1,
resultando em 15 tratamentos com 10 repetições, totalizando 150 briquetes. Os dados
foram inicialmente submetidos ao teste de Shapiro Wilk para avaliação da normalidade.
Verificada essa pressuposição, realizou-se análise de variância (ANOVA), e quando
detectadas diferenças significativas entre os tratamentos, aplicou-se o teste de Tukey
para comparações das médias. Todos os testes estatísticos foram analisados adotando-se
o nível de significância de 5%. De modo a explicar melhor a interação dos fatores,
realizou-se modelo de regressão linear, com interesse em estimar a variável resposta Y,
com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2), os modelos de regressão
simples para cada uma das variáveis analisadas e seus respectivos parâmetros e
resultados de testes. O modelo, apresenta-se na forma Y = β0 + β1X1 + β2X2, no qual β0
está associado ao intercepto, β1 à temperatura e β2 à proporção de bambu e serragem.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a briquetagem, os materiais empregados devem apresentar teor de umidade em
torno de 8%, o que está de acordo com a especificação de Filippeto (2008), que
recomenda a faixa de 5 a 15% e preconiza o teor de 8%, como sendo o teor de umidade
26
mais indicado para a maioria dos materiais a serem briquetados. Teores de umidade
mais altos tendem a resultar em explosão com a consequente ruptura dos briquetes
imediatamente após a prensagem (Filippeto, 2008; Gentil, 2008).
Observa-se na Tabela 1, que a densidade a granel da serragem foi maior em função
da mesma estar com sua granulometria menor, em comparação aos resíduos de bambu,
que estavam sob a forma de raspas e maravalhas.
Tabela 1: Análise física e energética dos resíduos “in natura”.
Resíduo U (%) DG (kg m-3) DE (MJ.m-3) PCS (kcal.kg-1)
Bambu 10,5 b 136,6 b 693.707 b 4746 b
Serragem 12,1 a 305,9 a 1.536.839 a 5057 a
U= Umidade; DG = Densidade a granel; D.E= Densidade energética e PCS = Poder calorifico superior. Médias
seguidas por uma mesma letra, na coluna, não diferem estatisticamente entre si pelo teste F, ao nível de 5% de
significância.
A densidade energética da serragem foi significativamente mais alta que a dos
resíduos de bambu, o que é explicado pelo alto poder calorífico e alta densidade do
granel apresentado pela serragem. A serragem tem maior poder calorífico do que a
biomassa do bambu em função das diferenças de composição química. A madeira tem
maior teor de lignina, de holocelulose e de extrativos totais em relação em comparação
a várias espécies de bambu (Brito et al., 1987).
Na Figura 1 são apresentados as curvas de decomposição térmica, sendo a linha
cheia a curva termogravimétrica e a linha pontilhada a primeira derivada da curva
termogravimétrica (TG/DTG).
27
Figura 1: Curvas TG/DTG dos resíduos de bambu (A) e da serragem (B)
A decomposição térmica do bambu apresenta resultados de uma menor massa
residual ao final da programação de temperatura em comparação com a serragem, sendo
de 16,53% e 21,54%, respectivamente, fato explicado pelas diferenças na composição
química dos dois materiais. Materiais lignocelulósicos com maiores teores de lignina e
extrativos tendem a resistir mais ao aumento da temperatura, resultando em maiores
massas residuais ao final da decomposição térmica até valores de 500 a 600 °C
(Santos et al., 2013).
A maior perda de massa ocorreu na faixa de temperatura de 250 a 400 ºC, com
valores de 59,87% e 51,37% para bambu e serragem, respectivamente. Diferenças de
composição química podem acarretar variações nessa faixa de temperatura e nas massas
residuais, conforme resultados encontrados por Pereira et al. (2013), que ao analisarem
a degradação térmica para madeira de diferentes clones de Eucalyptus, encontraram
valores de picos inferiores, assim como massas residuais acima daquelas encontradas no
presente trabalho. Os valores obtidos estão em acordo com as faixas de temperatura de
decomposição térmica mais intensa determinados por Santos et al. (2013). Todavia, as
análises de (TG/DTG) não apresentaram variações expressivas entre os picos
28
analisados, embora ao final na massa residual, a serragem tenha apresentado maior
resistência à degradação térmica.
A adequação global dos modelos (Tabela 2), avaliando os valores “p”, verifica-se a
hipótese da inadequação ao modelo ajustado para cinzas não foi rejeitada, para o nível
de significância adotado. Logo, por meio de regressão linear não foi possível prever
valores para o teor de cinzas utilizando as variáveis temperatura e proporção de bambu.
Ao nível de (α = 6%), rejeitou-se as hipóteses de que os demais modelos são
inadequados, logo há alguma relação entre temperatura e proporção de bambu com as
demais variáveis.
A estatística “T” retorna um valor “p” que permite identificar as variáveis associadas
aos parâmetros estimados (β). Um valor “p” menor que o nível de significância adotado,
neste caso 6%, indica rejeição da hipótese de que o β = 0, logo a variável associada a
ele é considerada significativa e está presente no modelo de regressão. Para densidade
aparente, umidade e materiais voláteis, entraram no modelo o intercepto e a
temperatura, já para o poder calorifico superior, entrou no modelo o intercepto e a
proporção de bambu.
Expansão volumétrica e densidade energética apresentaram apenas a proporção de
bambu como variável explicativa, assim como o teor do carbono fixo apresentou apenas
a temperatura; os três modelos, sem intercepto temperatura e proporção de bambu estão
presentes nos modelos para a tensão de ruptura e teor de umidade em equilíbrio.
Tabela 2: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples antes da escolha de variáveis adequadas à
estimativa.
Variável
resposta
Coeficientes
estimados
Erro
Padrão Valor de T Valor de p Valor de F Valor de p
Dap (g cm-3) β0 0,9636 0,0532 18,124 < 0,0001
6.630
0,00315
β1 0,0014 0,0004 3,444 0,00131
β2 -0,0111 0,0094 -1,183 0,24329
Evol (%) β0 2,1941 6,3399 0,346 0,73100
3,109
0,05504
β1 0,0359 0,0485 0,740 0,46310
β2 -2,6662 1,1197 -2,381 0,02190
DE (MJ.m-3) β0 6,0288 0,5389 11,187 < 0,0001
11,270
0,00012
β1 -0,0011 0,0041 -0,267 0,79100
β2 -0,4511 0,0952 -4,740 < 0,0001
TR (Kgf.cm-2) β0 -45,7327 22,6921 -2,015 0,05030
91,400
< 0,0001
β1 0,9034 0,1735 5,206 < 0,0001
β2 50,0040 4,0075 12,478 < 0,0001
TUEB (%) β0 9,3989 0,3032 31,003 < 0,0001
21.450
< 0,0001
β1 -0,0117 0,0023 -5,032 < 0,0001
β2 0,2244 0,0535 4,192 0,00012
U (%) β0 9,3074 0,3965 23,471 < 0,0001
19,350
< 0,0001
β1 -0,0184 0,0030 -6,079 < 0,0001
β2 -0,0924 0,0700 -1,320 0,19400
MV (%) β0 89,7100 2,0623 43,500 < 0,0001
11,020
0,00014
β1 -0,0714 0,0158 -4,532 < 0,0001
β2 0,4458 0,3642 1,224 0,22800
CZ (%) β0 2,3434 0,6857 3,417 0,00142
1,016
0,37060
β1 -0,0058 0,0052 -1,112 0,27229
β2 -0,1080 0,1211 -0,892 0,37757
CF (%) β0 -1,3691 2,0604 -0,664 0,51000
18,710
< 0,0001
β1 0,0958 0,0158 6,080 < 0,0001
β2 -0,2458 0,3639 -0,675 0,50300
PCS (kcal.kg-1) β0 6,0124 0,3845 15,639 < 0,0001
15,860
< 0,0001
β1 -0,0067 0,0029 -2,277 0,02800
β2 -0,3498 0,0679 -5,152 < 0,0001
Em que: Dap= Densidade aparente; EVol= Expansão volumétrica; DE= Densidade energética; TR= Tensão de ruptura; TUEB= Teor de Umidade em equilíbrio; U= Umidade; MV=
Materiais voláteis; CZ= Cinzas; CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior.
29
Na temperatura de 140 °C, o tratamento correspondente à 100% de serragem
apresentou o menor valor de expansão volumétrica, 5,6%. Na mesma temperatura de
compactação, para as misturas de resíduos de bambu e serragem, os valores mais baixos
foram determinados para as proporções de 3/1 e 1/3, respectivamente 7,3 e 7,6%.
Yamaji et al. (2013), ao estudarem a expansão volumétrica em briquetes constituídos de
diversos resíduos, verificaram menores expansões volumétricas ao aplicar diferentes
temperaturas no processo de compactação. Neste estudo adotou-se tal procedimento de
modo a verificar essa influência, verificando-se pelos dados experimentais que, para
misturas bambu/serragem, temperaturas de compactação mais altas resultam em
briquetes com maior expansão volumétrica.
Os valores da densidade aparente dos briquetes produzidos no presente trabalho, na
faixa de 1,10 a 1,15 g/cm3, foram mais altas em comparação aos valores obtidos
encontrados por Dias Júnior et al. (2014), que produziram briquetes de resíduos de
bambu em mistura com moinha de carvão vegetal, em diferentes proporções, todavia,
sem aplicação de diferentes temperaturas durante a compactação, determinando valores
na faixa de 0,21 a 0,68 g/cm3. As densidades aparentes dos briquetes também foram
superiores aos valores obtidos por Chrisostomo (2011) que, ao avaliar briquetes de
serragem de eucalipto, serragem de pinus e bagaço de cana, obteve valores na faixa de
0,84 a 0,87 g.cm3. Quanto mais alta a densidade aparente implica em maior densidade
energética, o que se reflete em economia em transporte e menor espaço para
armazenamento (Brand, 2010).
No ensaio de friabilidade, para todos os tratamentos produzidos, não houve produção
de finos, o que é muito desejável do que ocorreu nos briquetes, do ponto de vista de
manuseio em transporte de carga e descarga. Esse comportamento está relacionado com
31
uma boa agregação das partículas durante a formação dos briquetes (Dias Júnior et al.,
2014).
Isso indica uma forte interação entre o material e a temperatura de compactação
utilizada na produção dos briquetes, no qual as partículas de serragem apresentam maior
uniformidade e isso resulta nos valores mais altos de resistência. Quirino & Brito
(1991), ao analisarem briquetes produzidos com carvão vegetal e serragem,
encontraram resistência a compressão média de 31,71 kgf.cm-2
, valor inferior àqueles
determinados neste estudo. Dias Júnior et al. (2014) ao analisarem briquetes de moinha
de carvão e bambu obtiveram valores variando de 42,00 a 80,40 kgf.cm-2
, também estes
inferiores aos obtidos nesta pesquisa.
A Tabela 3 apresenta as variáveis respostas com modelo de regressão considerado
significativo pelo teste de adequação global, apenas com as variáveis explicativas que
foram consideradas relevantes e seus respectivos percentuais de explicabilidade da
variância dos dados (R2), bem como os parâmetros estimados e seus valores de testes
associados.
Quanto mais próximo do valor um for o R2, melhores serão as previsões feitas pelo
modelo, isso indica o quanto o modelo conseguiu captar a variabilidade da amostra e
explicá-la por meio da relação de uma reta. Os valores mais altos de R2 foram
observados, em ordem decrescente, nos modelos ajustados para carbono fixo (0,9941),
tensão de ruptura (0,8132) e densidade energética (0,6389).
Tabela 3: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples com as variáveis explicadas adequadas.
Variável
Resposta
Coeficientes
Estimados
Erro
Padrão
Estatística
T Valor p
Estatística
F Valor p R2
Dap (g cm-3) β0 0,9580 0,0532 18,007 < 0,0001
11,750 0,00135 0,2146 β1 0,0014 0,0004 3,428 0,00135
Evol (%) β2 6,482 1,1640 5,568 < 0,0001 31,010 < 0,0001 0,4134
DE (MJ.m-3) β2 7,3966 0,8383 8,823 < 0,0001 77,850 < 0,0001 0,6389
TR (Kgf.cm-2)
β0 -45,7327 22,6921 -2,015 0,05030
91,400 < 0,0001 0,8132 β1 0,9034 0,1735 5,206 < 0,0001
β2 50,0040 4,0075 12,478 < 0,0001
TUEB (%)
β0 9,3988 0,3032 31,003 < 0,0001
21,450 < 0,0001 0,5053 β1 -0,0117 0,0023 -5,032 < 0,0001
β2 0,2244 0,0535 4,192 0,00013
U (%) β0 9,2612 0,3983 23,246 < 0,0001
36,320 < 0,0001 0,4579 β1 -0,0184 0,0030 -6,027 < 0,0001
MV (%) β0 89,9328 2,0660 43,528 < 0,0001
20,300 < 0,0001 0,3207 β1 -0,0714 0,0158 -4,506 < 0,0001
CF (%) β1 0,0843 0,0009 86,42 < 0,0001 7469,000 < 0,0001 0,9941
PCS (kcal.kg-1) β0 6,0124 0,3845 15,639 < 0,0001
15,860 < 0,0001 0,4303 β2 -0,0066 0,0029 -2,277 0,028
Dap= Densidade aparente; EVol= Expansão volumétrica; DE= Densidade energética; TR= Tensão de ruptura; TUEB= Teor de Umidade em equilíbrio; U= Umidade; MV= Materiais voláteis; CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior
32
Apesar de ocorrer diferenças significativas nos valores de poder calorífico entre
alguns tratamentos, essas diferenças não são o suficientes para inviabilizar o uso das
misturas bambu e serragem, em quaisquer proporções, para produção de e uso dos
briquetes como fonte de energia em substituição à lenha ou outros combustíveis. Para a
composição química imediata, o teor de cinzas dos briquetes foi em geral baixo com
valores na faixa de 0,9 a 1,9%, o que também está dentro dos padrões preconizados por
Gonçalves et al. (2009) e Quirino et al. (2012).
Analisando a (Figura 2A), nota-se que os melhores resultados para a variável DAP
encontram-se nas temperaturas de 130 e 140 ºC, para os cinco tipos de composições
(100% RB, 75% RB, 50%RB, 25%RB, 0% RB). Já a (Figura 2B), apresenta os boxplots
para essa mesma variável, pode-se notar que para a temperatura de 130º verifica-se uma
menor variabilidade de DAP quando comparado a temperatura de 120º. Observando a
(Figura 2C), referente a curva de resposta da variável DAP, ele indica que nos intervalos
de [130 à 140 ºC] para temperatura e [50 e 100%] para composição de bambu
apresentam uma maior resposta para o DAP, já para os intervalos de [120 e 130 ºC] e
[75 e 100%] para composição de Bambu, apresentam uma menor resposta para o DAP.
34
Figura 2A: Densidade aparente, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 2B: Boxplot da Densidade
aparente, em função da temperatura
de compactação e composição.
Figura 2C: Curva resposta da
Densidade aparente, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 3A, verifica-se que na temperatura de 120 ºC há uma grande variabilidade
na DE para os cinco tipos de composição (100% RB, 75% RB, 50%RB, 25%RB, 0%
RB), o que constatamos ao observar a Figura 3B.
Para a temperatura de 140 ºC, analisando a Figura 3B, notamos a presença de dois
pontos (outliers), indicando que dois entre os cinco tipos de composição apresentam um
grande afastamento no valor da DE, em relação aos demais sendo a temperatura 130 ºC
a que obtém as maiores respostas, com uma menor variabilidade da DE. Na Figura 2C,
verifica-se que nos intervalos de [120 à 130 ºC] e [0 e 25%] para composição usando o
bambu obtemos as maiores respostas para a DE, já as menores respostas são
encontradas nos intervalos de [130 e 140 ºC] e [75 e 100%] para a composição usando o
Bambu.
35
Figura 3A: Densidade energética, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 3B: Boxplot da Densidade
energética, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 3C: Curva resposta da
Densidade energética, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 4A, verifica-se que na temperatura de 140 ºC obtêm-se as maiores
respostas para a variável EVOL, entretanto para a temperatura de 120 ºC observa-se
uma maior variabilidade, para os cinco tipos de composição (100% RB, 75% RB,
50%RB, 25%RB, 0% RB).
Analisando o boxplot (Figura 4B), concluímos que a temperatura de 120 ºC
apresenta uma maior variabilidade da EVOL, como citado anteriormente. Referente a
curva de resposta da variável em questão (Figura 4C), nota-se que nos intervalos de
[120 e 130 ºC] e [0 e 25%] para composição de bambu, obtivemos os maiores valores
de EVOL, já para o mesmo intervalo de temperatura e um intervalo de [75 e 100%] para
a composição com bambu, obtivermos valores mais baixos de EVOL.
36
Figura 4A: Expansão volumétrica, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 4B: Boxplot da Expansão
volumétrica, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 4C: Curva resposta da
Expansão volumétrica, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 5A, verificamos que para todas as temperaturas utilizada no experimento
(120, 130 e 140 ºC), os maiores valores de TR foram obtidos nas composições (100%
RB) e (75% RB), entretanto na temperatura de 140 ºC os valores de TR foram superior
as outras temperaturas, para essa mesma composição.
37
Figura 5A: Tensão de ruptura, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 5B: Boxplot da Tensão de
ruptura, em função da temperatura
de compactação e composição.
Figura 5C: Curva resposta da
Tensão de ruptura, em função
da temperatura de
compactação e composição.
Assim como os boxplots (Figura 5B), indicam que a maior variabilidade dos valores
de TR nas composições foi na temperatura de 120 ºC, enquanto a temperatura de 130 ºC
obteve uma menor variabilidade de TR nas composições. A curva resposta (Figura 5C),
indica que os intervalos que maximizam seus valores estão nos intervalos de [130 e 140
ºC] e [75 e 100%] para a composição com bambu. Analisando-se os valores que
minimizam TR encontra-se os intervalos de [120 e 130 ºC] e [0 e 50%] para a
composição com o bambu.
Na Figura 6A, nota-se que a uma temperatura de 120 ºC os valores para variável UE
são mais elevados quando comparados às outras temperaturas estudadas. Verifica-se
também que para o maior valor de UE é obtido com 100% da composição com bambu.
38
Figura 6A: Umidade de equilíbrio, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 6B: Boxplot da Umidade de
equilíbrio, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 6C: Curva resposta da
Umidade de equilíbrio, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 6B, observa-se que para a temperatura de 140 ºC grande parte dos valores
obtidos de UE apresentam pouca variabilidade, porém o boxplot contém dois valores
atípicos (outliers). Em análise do Gráfico de Curva Resposta (Figura 6C), temos que os
intervalos que maximizam os valores de UE são [120 e 130 ºC] e [75 e 100%] para
composição com bambu, já para os intervalos que minimizam essa variável temos [120
e 140 ºC] e [0 e 50%] para a composição com o bambu.
Há uma grande variabilidade nos valores de respostas para o PCS de todas as
composições estudadas, entretanto nota-se (Figura 7A), que para temperatura de 130 ºC
as respostas para PCS encontram-se menos variáveis. No qual a Figura 7B, deixa claro
essa variabilidade, onde os boxplot indicam que para a temperatura de 120 °C os valores
respostas de PCS apresentam mais variabilidade entre as composições. No Gráfico de
Curva de Resposta (Figura 7C), observa-se que nos intervalos de [120 e 130 ºC] e [0 e
39
25%] para composição de bambu, apresentam valores maximizados da variável de PCS,
já nos intervalos de [130 e 140 ºC] e [75 e 100%] para composição com bambu, indicam
valores respostas menores para o PCS.
Figura 7A: Poder Calorifico Superior,
em função da temperatura de
compactação e composição.
Figura 7B: Boxplot do Poder
Calorifico Superior, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 7C: Curva resposta da
Poder Calorifico Superior, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 8A, nota-se que a composição de 25% RB para as temperatura de 120 e
130 ºC apresentou os maiores valores para a variável U. Verifica-se que na temperatura
de 140 ºC os valores respostas para U se encontram poucos variáveis para todas as
composições estudadas. A (Figura 8B), mostra que a 130 ºC, os valores respostas de U
possuem mais variabilidade. Analisando-se a Curva de Resposta (Figura 8C) percebe-se
que os intervalos que maximizam os valores respostas de U são: [120 e 130 ºC] e [0 e
100%] de composição com bambu, já que notamos que esse intervalo apresenta os
maiores valores para U. Em relação aos intervalos que minimizam os valores respostas
de U, temos os intervalos de [130 e 140 °C] e [0 e 100%] para composição com o
120 125 130 135 140
47
00
49
00
51
00
53
00
Temperatura em ºC
PC
F
120 125 130 135 140
47
00
49
00
51
00
53
00
Temperatura em ºC
PC
F
120 125 130 135 140
47
00
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00
51
00
53
00
Temperatura em ºC
PC
F
120 125 130 135 140
47
00
49
00
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00
53
00
Temperatura em ºC
PC
F
120 125 130 135 140
47
00
49
00
51
00
53
00
Temperatura em ºC
PC
F
100% Rb75% RB + 25% RS50% RB + 50% RS25% RB + 75% RS100% RS
40
bambu, no qual evidenciam que o fator temperatura interfere mais na variável U que o
tipo de composição.
Figura 8A: Umidade, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 8B: Boxplot da Umidade,
em função da temperatura de
compactação e composição.
Figura 8C: Curva resposta da
Umidade, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Na Figura 9A, observa-se que nas temperaturas de 130 e 140 °C, para a composição
(50% RB+50% RS) apresentam valores mais elevados para a variável TCF, já para a
temperatura de 140 ºC os valores respostas de TCF (Figura 9B) encontram-se mais
próximos em relação as outras temperaturas. No intervalo de [130 e 140 ºC] e [75 e
100%] para composição com bambu obtêm-se os maiores valores de TCF, já para os
intervalos de [120 e 130 ºC] e [50 e 100%] encontram-se os menores valores, conforme
observa-se na Figura 9C.
41
Figura 9A: Teor de carbono fixo, em
função da temperatura de compactação
e composição.
Figura 9B: Boxplot do Teor de
carbono fixo, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 9C: Curva resposta do
Teor de Carbono fixo, em
função da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 10A, verifica-se que para as temperaturas de 120 e 130 ºC obtivermos as
melhores respostas da variável TCZ pra todas as composições estudadas, entretanto para
a temperatura de 140 ºC observa-se uma grande variabilidade na composição 100% RB
em relação as demais, que exemplifica na Figura 10B a presença de um (outlier). Em
relação a Figura 9C, observa-se que nos intervalos de [120 e 130 °C] e [0 e 25%]; e [75
e 100%] pra composições com bambu, obtêm-se os maiores valores de TCZ.
42
Figura 10A: Teor de cinzas, em função
da temperatura de compactação e
composição.
Figura 10B: Boxplot do Teor de
cinzas, em função da temperatura
de compactação e composição.
Figura 10C: Curva resposta
do Teor de cinzas, em função
da temperatura de
compactação e composição.
Na Figura 11A, observa-se que a temperatura de 120 ºC tem os maiores valores para
a variável TMV, para a maioria das composições estudadas, exceto a composição (25%
RB+75 RS) que tem seu pico a 130 ºC. O boxplot (Figura 11B) para TMV evidencia
que a temperatura que indica uma menor variabilidade nos valores TMV é à 120 ºC. Na
Curva de Resposta (Figura 11C), verifica-se que os maiores valores de TMV
encontram-se nos intervalos de [120 e 130 ºC] e [75 e 100%] para composição com
bambu, entretanto nota-se que os intervalos que minimizam o essa variável são [130 e
140 ºC] e [0 e 75%] para composição com bambu.
43
Figura 11A: Teor de materiais voláteis,
em função da temperatura de
compactação e composição.
Figura 11B: Boxplot do Teor de
materiais voláteis, em função da
temperatura de compactação e
composição.
Figura 11C: Curva resposta
do Teor de materiais voláteis,
em função da temperatura de
compactação e composição.
CONCLUSÕES
1. O uso de misturas dos resíduos de bambu com serragem no processo de
briquetagem mostrou-se tecnicamente viável resultando em briquetes com boas
características físicas e energéticas.
2. O aumento da temperatura de 120 para 130 °C favoreceu a qualidade dos
briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão volumétrica.
3. Os maiores valores de tensão de ruptura foram obtidos para os tratamentos
compactados na temperatura de 140 °C, mas com valores mais elevados de expansão
volumétrica e menores densidades aparentes em relação aos briquetes produzidos na
temperatura de 120 e 130 °C.
120 125 130 135 140
79
.08
0.0
81
.08
2.0
Temperatura em ºC
TM
V
120 125 130 135 140
79
.08
0.0
81
.08
2.0
Temperatura em ºC
TM
V
120 125 130 135 140
79
.08
0.0
81
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2.0
Temperatura em ºC
TM
V
120 125 130 135 140
79
.08
0.0
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2.0
Temperatura em ºC
TM
V
120 125 130 135 140
79
.08
0.0
81
.08
2.0
Temperatura em ºC
TM
V
100% Rb75% RB + 25% RS50% RB + 50% RS25% RB + 75% RS100% RS
120º 130º 140º7
9.0
80
.08
1.0
82
.0
TMV
44
LITERATURA CITADA
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CAPÍTULO II
CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL, POR
MEIO DE ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E
TERMOGRAVIMÉTRICA
Artigo a ser submetido à Revista AGRIAMBI
48
Classificação de briquetes de biomassa vegetal, por meio de análise de
componentes principais e termogravimétrica
Resumo: O presente trabalho teve por objetivo classificar os briquetes por meio de
análise de componentes principais e termogravimétrica, produzidos com diferentes
proporções de resíduos de bambu e serragem. Utilizou-se uma briquetadeira da marca
LIPPEL, com pressão de compactação 150 Bar e tempo de prensagem de 5 min. As
temperaturas aplicadas foram 120, 130 e 140 ºC e as proporções dos componentes
bambu e serragem de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1, em experimento inteiramente casualizado
com 15 tratamentos e 10 repetições. Foram avaliadas as propriedades físicas, químicas e
mecânicas, dos briquetes, e caracteriza-lo de acordo com sua capacidade de resistência
termogravimétrica (TG). Os dados foram submetidos a análises de agrupamento e
componentes principais (ACP), na seleção de briquetes visando à produção de
bioenergia e caracteriza-lo de acordo com sua capacidade termogravimétrica (TG).
Verificou-se que os briquetes produzidos a partir de resíduos de bambu e serragem de
madeira possuem potencial para ser transformados em energia, a Análise de
Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e seleção dos briquetes
foram eficientes, sendo observada semelhança entre grupos.
Palavras-chave: bambu, moinha de carvão, qualidade de briquetes.
49
Biomass briquettes classification, through principal componet analysis and
thermogravimetry
Abstract: This study aimed to classify the briquettes through principal component
analysis and thermogravimetric, produced with different proportions of waste and
bamboo sawdust. We used a briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar
and 5 minutes of pressing time. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C
and the proportions of the components and bamboo sawdust 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in
a completely randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical,
chemical and mechanical properties were evaluated, the briquettes, and characterized it
according to their ability to resistance thermogravimetric (TG). The data were subjected
to cluster analysis and principal components (ACP), the selection briquettes aimed at
producing bioenergy and characterized it according to your ability thermogravimetric
(TG). It was found that the briquettes made from bamboo waste and sawdust have the
potential to be transformed into energy, the Principal Component Analysis (PCA), used
for the evaluation and selection of briquettes were efficient, being observed similarity
between groups.
Key words: bamboo, fines of charcoal, quality of briquettes.
INTRODUÇÃO
O uso energético de resíduos lignocelulósicos tem ganhado destaque em vários
países devido à grande quantidade desse tipo de material produzido pelo setor
agroflorestal. No entanto para o aproveitamento racional e adequado de resíduos é
necessário o estudo de suas propriedades energéticas (Protásio et al., 2011).
50
Para um melhor aproveitamento de uma biomassa é de fundamental, o conhecimento
do comportamento térmico e dos parâmetros cinéticos desta, durante o processo de
termo conversão (Santos et al., 2011).
A análise termogravimétrica permite um maior conhecimento da temperatura inicial
e final durante a degradação térmica (Dermibas, 2004). Na seleção e classificação de
combustíveis da biomassa para a produção de bioenergia torna-se necessário a avaliação
de características e propriedades que geralmente apresentam alguma relação entre si e
como o poder calorífico, variável energética de alta relevância para o aproveitamento
energético da biomassa residual, pois expressa a quantidade de energia térmica que é
liberada durante a combustão completa de uma unidade de massa ou de volume do
combustível (Paula et al., 2011).
A análise de componentes principais (PCA) objetiva explicar ou modelar a estrutura
de variância e covariância de um vetor aleatório composto de variáveis aleatórias, pela
construção de combinações lineares das variáveis originais (Ferreira, 2008; Mingoti,
2005).
Diante do exposto, o objetivo desse trabalho foi avaliar e agrupar propriedades de
briquetes em função de diferentes parâmetros de produção, considerando-se a técnica
multivariada de componentes principais e caracteriza-lo a partir da análise
termogravimétrica.
MATERIAL E MÉTODOS
Resíduos de bambu foram coletados na empresa “Espetinhos Dona Maria Ltda”,
localizada em Nazaré da Mata – PE, que utiliza varas de bambu colhidas em plantios de
Bambusa vulgaris Schard, para produção de espetinhos para uso doméstico e comercial.
51
A serragem por sua vez foi coletada em uma marcenaria localizada no município de
Macaíba - RN.
Para produção dos briquetes foi utilizada uma briquetadeira hidráulica, marca
LIPPEL, modelo LB-32, com matriz cilíndrica com dimensões internas de 35 mm de
comprimento, 45 mm de largura e 280 mm de altura. Para produção de cada briquete,
utilizou-se uma massa de partículas de 30 g, com teor de umidade de 8%. Para todos os
tratamentos, utilizou-se tempo de compactação de 5 minutos à pressão de 150 Bar, e
resfriamento de 2 minutos. Após a confecção, os briquetes foram condicionados por 30
dias em câmara climática a 20 °C + 3 e 60% de umidade relativa.
Para avaliar a qualidade dos briquetes determinou-se a expansão volumétrica
(Ohana, 2012) e a densidade energética, segundo procedimento preconizado por
Protásio et al. (2011); a densidade aparente NBR 11941 (ABNT, 2003); resistência à
compressão longitudinal diametral Quirino & Brito (1991); friabilidade NBR 7402
(ABNT, 1982); poder calorífico superior NBR 8633 (ABNT, 1984) e análise química
imediata (teores de umidade, carbono fixo, matérias voláteis e cinzas) NBR 8112
(ABNT, 1986).
O experimento foi executado em um delineamento inteiramente casualizado
envolvendo 3 (três) temperaturas da matriz da briquetadeira, a saber, 120, 130 e 140 °C,
e 5 (cinco) proporções de resíduos de bambu e serragem, a saber, 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e
0/1, resultando em 15 tratamentos com 10 repetições, totalizando 150 briquetes.
Para avaliação do padrão de decomposição térmica dos briquetes, os mesmos foram
analisados em uma balança termogravimétrica modelo TG 209 F3 Tarsus, marca
NETZCH, obtendo-se as curvas de TG/DTG em atmosfera dinâmica de N2, com a
seguinte programação: temperatura inicial de 50 ºC e aplicando-se taxa de aquecimento
de 10 ºC min-1 até temperatura final de 500 ºC, mantendo-a por 1 minuto.
52
Os dados foram inicialmente submetidos ao teste de Shapiro Wilk para avaliação da
normalidade. Verificada essa pressuposição, realizou-se análise de variância (ANOVA),
e quando detectadas diferenças significativas entre os tratamentos, aplicou-se o teste de
Tukey para comparações das médias. Todos os testes estatísticos foram analisados
adotando-se o nível de significância de 0,05.
Foram consideradas apenas as médias de cada variável e a análise de componentes
principais foi realizada, considerando-se a matriz de correlação dos dados. Esse
procedimento equivale a padronizar as variáveis e permite maior acurácia na análise
(Mingoti, 2005). Foram determinados os escores das componentes principais de
interesse como forma de classificação e formação de grupos de briquetes avaliados.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1, pode-se observar a perda de massa em percentuais em relação à
quantidade inicial de amostra em razão das faixas de temperaturas estabelecidas,
fornecidas pelo TGA, indicando a intensidade de decomposição térmica dos briquetes
analisados. Verifica-se na Figura 11 e Tabela 1, verifica-se que a maior perda de massa
dos briquetes ocorreu na faixa de temperatura de 300 a 400 ºC corroborando com
pesquisas realizadas para indivíduos arbóreos da Caatinga, em pesquisas realizada por
Carneiro et al. (2013), no qual coincide na fase da degradação da celulose, que é o
polímero natural mais abundante no material lenhoso (Lima et al. 2015).
A temperatura em que ocorre o pico mínimo da curva (pico endotérmico). Já no pico
exotérmico o de menor valor foi (354,1 ºC), o briquete produzido a 120 º C na
proporção de 3/1, bambu e serragem, respectivamente, e o maior, na temperatura de
394,4 ºC, referente ao briquete produzido a 120 ºC, na proporção de (0/1). Segundo
Yang et al. (2007) a decomposição das hemiceluloses se dá mais facilmente, com a
53
perda de massa na faixa de 220 a 315 ºC, e a pirólise da celulose ocorre em
temperaturas entre 315 a 400 ºC, onde a maior parte da celulose é degradada.
Tabela 1: Valores médios de perda de massa dos briquetes de bambu e serragem de
madeira
Temperatura (ºC)
Proporção /
Tratamento (T)
Perda de Massa (%)
Massa inicial (%) /
90 – 100 (ºC)
Massa (%) /
Pico (ºC)
Massa residual (%) /
496,5 (ºC)
120
(1/0) / T1 7,52 34,03 / 367,6 14,29
(3/1) / T2 3,98 35,22 / 354,1 12,85
(1/1) / T3 7,54 35,74 / 378,0 21,87
(1/3) /T4 6,70 36,56 / 388,1 28,01
(0/1) / T5 2,91 37,53 / 394,4 29,68
130
(1/0) / T6 7,50 34,47 / 364,1 9,77
(3/1) / T7 7,03 37,34 / 359,0 17,94
(1/1) / T8 2,24 38,81 / 387,5 28,38
(1/3) / T9 6,40 38,49 / 383,4 27,83
(0/1) /T10 3,39 38,71 / 388,9 29,58
140
(1/0) /T11 5,24 36,87 / 382,0 28,49
(3/1) /T12 1,06 38,53 / 373,6 26,53
(1/1) /T13 0,71 38,37 / 387,0 29,26
(1/3) /T14 0,02 39,48 / 389,6 30,90
(0/1) /T15 0,50 39,86 / 392,2 31,12
A curva TG apresentou três estágios de decomposição. O primeiro estágio de
decomposição ocorreu em uma temperatura inferior a 100 ºC, atribuído a evaporação de
vapor de água. O segundo estágio de decomposição ocorreu na faixa de 200 a 250 ºC,
sendo relacionado aos extrativos orgânicos presentes na biomassa. O terceiro estágio de
54
decomposição ocorreu entre 250 a 380 ºC, sendo atribuído a decomposição dos
componentes orgânicos, principalmente de, hemicelulose e celulose.
No intervalo de 350 a 400ºC ocorreram as maiores perdas de massa, para todos os
tratamentos, no qual boa parte da celulose foi degradada. Pereira et al. (2013) ao
analisar degradação térmica em diferentes clones de Eucalyptus, encontraram valores de
picos inferiores, assim como massa residual acima do encontrado, sendo mais
resistentes quando comparados a estes resíduos. Todavia, as análises de (TG/DTG) não
apresentaram variações expressivas entre os picos analisados.
Os termogramas apresentados na Figura 1, indicam que a perda de massa refletida
pela degradação térmica dos briquetes, ocorreram de forma similar, corroborando a
maneira de comportamento de degradação com espécies da Caatinga, utilizadas como
fontes de bioenergia, conforme pesquisa realizada por Carneiro et al. (2013), na qual
também foram observadas duas etapas de perda de massa, sendo a primeira atribuída à
eliminação de água (umidade dos briquetes) e a segunda, à degradação dos briquetes
propriamente dita.
55
Figura 1. Termogramas obtidos por TGA e Degradação térmica dos briquetes analisados, representados por ordem alfabética.
56
De maneira geral para todos os tratamentos a 140 ºC, a partir de temperaturas
próximas a 400 ºC verifica-se que a degradação térmica se tornou menor,
correspondendo principalmente, a degradação da lignina. Nessa temperatura, a celulose
e as hemicelulose, componentes químicos em maiores proporções, já foram quase na
sua totalidade degradadas, conforme pode ser visto na Figura 11.
Na Tabela 2 encontram-se os valores de quadrados médio encontrados para o poder
calorifico superior (PCS), materiais voláteis (MV), carbono fixo (CF), e cinzas (CZ),
dos briquetes analisados. Observa-se que houve efeito significativo da interação entre
(Temperatura x Composição) para a composição química imediata dos briquetes.
Tabela 2: Resumo da Anova das propriedades energéticas e composição química
imediata dos briquetes (bambu/serragem) em função da temperatura de compactação
FV GL
Quadrado Médio
PCS (kcal.kg-1) MV (%) CF (%) CZ (%)
Composição 4 176162.70 ** 3.09574 ** 3.73188 ** 0.09061 ns
Temperatura 2 80686.42 ** 7.70512 ** 13.95004 ** 0.06992 ns
C x T 8 91237.03 ** 2.13369 ** 1.81897 ** 0.24790 **
Erro 30 10531.82 0.0995 0.05816 0.17753
CV (%) 2.07 0.39 2.2 12.7
PCS = Poder calorifico superior; MV= Materiais voláteis; CF= Carbono fixo; e CZ= Cinzas. Médias acompanhadas
por letras minúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator composição e médias acompanhadas por letras
maiúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator temperatura, ao nível de 5% de probabilidade pelo teste
de Tukey.
Observam-se, de maneira geral, baixos coeficientes de variação amostral, o que se
pressupõe alta precisão das análises efetuadas. Os valores encontrados para a
propriedade energética e química imediata estão coerentes ao relatado na literatura para
57
vários tipos de combustíveis (Lima et al., 2011; Brand, 2010; Kumar et al., 2010; Bech
et al., 2009; Friedl et al., 2005; Parikh et al., 2005; Cordero et al., 2001).
De acordo com o Resumo da Análise de Variância (Tabela 3), houve apenas efeito
isolado dos fatores analisados, ou seja, a interação entre fator composição e temperatura
não afetou as propriedades para densidade aparente e tensão de ruptura, já a densidade
aparente, Expansão volumétrica e densidade energética houve efeito significativo
apenas ao efeito da composição.
Tabela 3: Resumo da Anova das propriedades físicas dos briquetes (bambu/serragem)
em função da temperatura de compactação
FV GL
Quadrado Médio
Evol Dap DE TR
Composição 4 14.72802 ** 0,00461 ** 0,44149 ** 3922,20 **
Temperatura 2 5.47462 ns 0,00042 ns 0,00373 ns 1880,99 **
C x T 8 21.63708 ** 0,00015 ns 0,13342 ** 30,498222 ns
Erro 30 3.23788 0.00022 0.01468 20,40161
CV (%) 32,55 1,29 2.14 4,67
EVol= Expansão volumétrica %; Dap= Densidade aparente (g.cm-3); DE= Densidade energética (MJ.m-3); TR=
Tensão de ruptura (Kgf.cm-2). Médias acompanhadas por letras minúsculas iguais não diferem estatisticamente para o
fator composição e médias acompanhadas por letras maiúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator
temperatura, ao nível de 5% de probabilidade ao teste de Tukey.
A primeira componente principal obtida apresentou o maior autovalor e,
consequentemente, uma alta variância estimada. Segundo Protásio et al., (2011) quando
se tem o autovalor elevado, esse explica grande parte da variância total dos dados,
indicando que pode ser interpretada como um índice de desempenho energético dos
resíduos lignocelulosicos, explicando grande parte da variância estimada. Quanto maior
58
o valor desse índice (escore) melhor será o desempenho dos briquetes para a produção
de energia. As variáveis originais como densidade aparente, expansão volumétrica,
densidade energética e tensão de ruptura (Tabela 4) explicam a variância dos dados,
contribuindo para o desempenho energético. Já as demais componentes principais
podem ser desconsideradas, pois contribuem pouco para a variância total original.
Tabela 4: Autovalores e proporção da variância total explicada e acumulada pelos dez
componentes principais obtidos a partir das variáveis originais
Variáveis
originais Autovalores
Variância
Explicada % Variância Acumulada %
Dap 3.567 35.667 35.667
Evol 2.845 28.452 64.119
DE 1.483 14.834 78.953
TR 1.144 11.435 90.388
UE 0.537 5.365 95.753
U 0.256 2.564 98.317
MV 0.129 1.289 99.606
CZ 0.039 0.392 99.998
CF 2.29E-05 0.00023 99.999
PCS 1.56E-08 1.56E-07 99.999
Dap= Densidade aparente (g.cm-3); EVol= Expansão volumétrica %; DE= Densidade energética (MJ.m-3); TR=
Tensão de ruptura (Kgf.cm-2); UE= Umidade de equilíbrio (%); U= Umidade; MV= Materiais voláteis; CZ= Cinzas;
CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior (kcal.kg-1).
Na Figura 2 encontra-se a ordenação através da análise de componentes principais,
dos briquetes, considerando as duas primeiras componentes principais. Um ponto
qualquer plotado no diagrama (representado um tratamento) pode ser relacionado com
cada seta (representando as variáveis originais observadas), por meio de uma
59
perpendicular partindo da linha da seta até o referido ponto (Alvarenga & Davide,
1999).
Os resultados para as variáveis analisadas, foram ordenados através da ACP (Figura
2), onde os componentes principais 1 e 2 (PCA 1 e PCA 2) explicaram 64,12% da
variabilidade total dos dados. A ACP demonstrou que a distância euclidiana ocorreu
mais em função do teor de carbono fixo. Observa-se à similaridade dos briquetes 12 e
13, sendo o estoque de carbono fixo as característica mais relevante em seu
agrupamento, com relação ao T1 e T2 as características mais importantes em seu
agrupamento foram à quantidade de materiais voláteis e umidade de equilíbrio, se
tratando de uma das variáveis mais importantes o Poder Calorifico Superior nota-se
similaridade entre o T4 e T5. Portanto foi possível distinguir grupos de briquetes através
da variável desejada, como exemplo o T8 e T10 possui maior similaridade quando se
trata da variável densidade aparente.
Figura 2. Dispersão dos briquetes de resíduos agroflorestais, considerando as duas
primeiras componentes principais.
60
Dessa forma, quanto maior o valor da componente principal I, melhor será o
desempenho dos resíduos lignocelulósicos para a produção de bioenergia (Protásio et
al., 2011).
Na Figura 3 encontram-se a variância explicada acumulada e os autovalores (scree
plot) das componentes principais obtidas por meio da matriz de correlação das variáveis
originais (densidade aparente, expansão volumétrica, densidade energética, tensão de
ruptura, materiais voláteis, cinzas, carbono fixo e poder calorifico superior).
Figura 3. Variância explicada acumulada e autovalores obtidos da matriz de correlação
Observa-se que as duas primeiras componentes explicam aproximadamente 64,12%
da variância. Analisando-se os autovalores observa-se que é possível considerar apenas
dois componentes principais.
CONCLUSÕES
1. A Análise Termogravimétrica (TG) demonstraram que os briquetes produzidos à
partir de resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para serem
transformados em energia, em processos de combustão, recomenda-se o uso de
0
20
40
60
80
100
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Var
iânci
a (%
)
Componente
Variân
cia
acum
ulad
a (%)
61
briquetes com maiores valores de densidade básica, poder calorífico superior e
percentual de massa residual, no qual de maneira geral os briquetes produzido a 140 ºC
apresentaram maiores valores de massa residual.
2. A Análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e
seleção dos briquetes para a produção de energia foram eficientes, sendo observada
semelhança entre grupos, de acordo com seus valores de escores como mostrou o
diagrama de ordenação.
3. Na produção de briquetes laboratoriais destacaram-se, principalmente os seguintes
tratamentos: T4, T5 quanto ao poder calorifico superior; T11, T12 e T13 quanto a
tensão de ruptura, e T15 com maior densidade energética.
LITERATURA CITADA
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ABNT. NBR 8112 – Carvão Vegetal – Análise imediata. Rio de Janeiro: ABNT,
1986.5p.
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Janeiro: ABNT, 1984. 13p.
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65
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O uso de misturas dos resíduos de bambu com serragem no processo de briquetagem
mostrou-se tecnicamente viável, resultando em briquetes com boas características
físicas e energéticas, com teor de umidade adequado, densidade aparente elevada, baixa
expansão volumétrica, alta resistência mecânica, além de poder calorifico e composição
química imediata satisfatórias.
Os maiores valores de tensão de ruptura foram obtidos para os tratamentos
compactados na temperatura de 140 °C, mas com valores mais elevados de expansão
volumétrica e menores densidades aparentes em relação aos briquetes produzidos na
temperatura de 120 e 130 °C.
A Análise Termogravimétrica (TG) demonstraram que os briquetes produzidos à
partir de resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para serem
transformados em energia, utilizados como combustíveis em processos de combustão.
A Análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e seleção
dos briquetes para a produção de energia foram eficientes, sendo observada semelhança
entre grupos de acordo com seus valores de escores como mostrou o diagrama de
ordenação.
Após a aplicação dos modelos foi possível verificar em previsões feitas, onde obteve
valores mais altos de R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de
ruptura 0,8132 e densidade energética 0,6389, indicando que as variáveis explicativas
que foram consideradas relevantes e seus respectivos percentuais de explicabilidade da
variância dos dados (R2), bem como os parâmetros estimados e seus valores de testes
associados.