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COMBUSTÃO DA 
BIOMASSA
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
Março 2012
Introdução
A combustão é uma forma eficaz de utilizar madeira como energético. Além da 
alta taxa de liberação da energia, o processo de combustão deve assegurar a 
queima completa da madeira e evitar a formação poluentes.
Para assegurar a combustão, algumas condições básicas devem ser 
respeitadas:
- Mistura adequada de combustível e oxigênio (ar) na proporção controlada.
- A chama, deve transferir parte do calor para o combustível alimentado de 
modo a assegurar a continuidade do processo de combustão.
Durante a combustão de madeira, aproximadamente 80% da energia é liberada 
na forma de gás e o restante a partir do carvão. É importante compreender que 
gases se queimam como chamas, que as partículas sólidas somente emitem 
brilho. 
Introdução
Combustão Direta
• As tecnologias de combustão convertem a biomassa em várias formas de 
energia útil para uso comercial ou industrial: ar quente, água quente, vapor e 
eletricidade.
• A fornalha é a tecnologia de combustão mais simples:
- A biomassa queima em uma câmara de combustão
- Conversão da biomassa em calor (os gases quentes possuem 85 % da 
energia químical do combustível) ‏
- Uso direto ou indireto de trocadores de calor para usar os gases quentes em 
ar quente ou água quente ou vapor
A combustão da biomassa pode ser dividida em 4 etapas (fases):
1) Secagem: umidade da biomassa se evapora
2) Degaseificação: as matérias voláteis são liberadas da biomassa,
3) Gaseificação: os gases liberados se misturam com o ar e se queimam a 
altas temperaturas
4) Combustão do carbono residual: O resto da biomassa (principalmente 
carbono) se queima
Introdução
Durante a mistura do combustível e ar, é importante para obter um bom contato 
entre o oxigênio do ar e do combustível. Quanto melhor o contato, mais rápido 
e mais completa é a combustão. Se o combustível estiver sob a forma de gás, 
(ex. gás natural), a mistura é ideal, pois são dois substâncias gasosas que 
podem ser misturados a exatamente na relação desejada. A combustão pode 
então, ocorrer rapidamente e, assim, o controle é muito rápido, uma vez que 
pode introduzir mais ou menos combustível.
A fim de obter aproximadamente a mesma situação com madeira, pode ser 
necessário pulverizar a madeira em partículas finas (como a farinha). Estas 
partículas finas irão seguir os movimentos do ar. Uma boa mistura pode, 
portanto, ser conseguida, de forma semelhante a combustão de gás ou a 
chama de óleo. 
A produção de pó de madeira é muito cara. Na prática, o combustível é assim 
comercializado em tamanhos variando de toras a chips.
Etapas da Combustão
Para ocorrer a combustão o combustível (sólido) deve passar por 6 estágios:
- Secagem - Secagem
- Emissão dos voláteis - Gaseificação e combustão
- Ignição dos voláteis
- Queima dos voláteis em chama
- Extinção da chama dos voláteis
- Combustão do carvão residual - Combustão do carvão residual
Etapas da Combustão
Etapas da Combustão Etapas da Combustão
Teoria da Combustão
Char
10- 20 %
Heat consumption
Heat 
production
Char
burning
Ignition
800
200 -
300
105
Moisture 
evaporation
Pyrolysis
Volatiles
80- 90 %
O C
Char
10- 20 %
Heat consumption
Heat 
production
Char
burning
Ignition
800
200 -
300
105
Moisture 
evaporation
Pyrolysis
Volatiles
80- 90 %
O C
COMBUSTÃO DA MADEIRA E PRODUÇÃO DE CALOR
@ 100 0C
@ 100 - 105 0C
@ 225 - 300 0C
@ 500 - 600 0C
@ 800 - 900 0C
Os 3 Parâmetros 
Importantes:
- Tempo
- Temperatura
- Turbulencia
Teoria da Combustão
Teoria da Combustão Tamanho do Combustível
Quanto maior for a partícula combustível, maior o tempo de combustão.
O pó de serra (serragem) queima rapidamente se for atirado em uma chama 
quente. Se existir um bom contato entre o combustível e o ar, as pequenas 
partículas se secam rapidamente, geram gases e se queimam, resultando em 
uma combustão de alta intensidade.
Se for colocada uma tora em uma chama quente, levará um longo tempo antes 
que seja queimado. Isto pode ser comparado a um assado colocado no forno. 
Embora após uma hora no forno esteja torrada por fora, fica ainda cru no meio. 
O tamanho do combustível, é de grande importância para o velocidade de 
combustão.
Teor de Umidade
O teor de umidade dos combustíveis reduz o Poder Calorífico Inferior, uma vez 
que parte do a energia vai ser utilizada para evaporação da água. A madeira 
úmida tem um baixo Poder Calorífico (kJ/kg), e a câmara de combustão deve 
ser isolada de modo a evitar redução na eficiência e possibilitar um processo 
de combustão contínuo.
A combustão é normalmente realizada em câmaras utilizando revestimentos 
refratários à volta das paredes, de modo a conservar o calor gerado. A câmara
da fornalha dever assim ser projetada para queimar madeira dentro de um 
certo intervalo de umidade.
Com uma umidade acima 55-60% (BU) é muito difícil manter o processo 
combustão.
Teor de Cinzas
O combustível contém várias impurezas que não se queimam - cinzas. As 
cinzas são indesejáveis, pois implicam na necessidade de filtrar os gases de 
combustão e a eliminação das cinzas e escórias resultantes. Parte das cinzas 
da madeira são oriundas do solo e areia impregnadas na casca. Uma menor 
proporção vem dos sais minerais absorvidos durante o crescimento da árvore.
As cinzas contém metais pesados, provocando um um efeito ambiental 
indesejável. Entretanto o teor de metais pesados da madeira é normalmente 
inferior ao de outros combustíveis sólidos.
Nos sistemas de aquecimento com grelha, a teor de cinzas é importante a fim 
de proteger grelha contra o calor do chamas.
O potássio (K) e o sódio (Na) existente nas cinzas podem causar depósitos na
unidade da caldeira. O teor de Na e K madeira é normalmente baixo de modo 
a não provocar problemas nas tecnologias tradicionais.
Teor de Voláteis
Madeira e outros tipos de biomassa contêm aproximadamente 80% voláteis (% 
matéria seca). Isto significa que até 80% do peso da madeira será
transformado em gases, enquanto o restante será transformado em carvão.
Esta é uma razão pela qual um saco de carvão parece leve em comparação 
com seu volume. O carvão vegetal mantém mais ou menos o volume original 
da madeira verde, mas perdeu 80% do seu peso.
Excesso de Ar
Na combustão são formados dióxido de carbono (CO2) e água (H2O).
Um combustível precisa de uma determinada quantidade de ar (oxigênio), 
reagir estequiometricamente (α = 1). Na prática, a combustão deve ser 
realizada com um excesso de ar maior que 1, uma vez que não é possível 
alcançar combustão completa com a quantidade de ar estequiométrica. 
Aspectos Ambientais
Além de CO2 e H2O, os produtos da combustão possuem O2, N2 e Ar e uma 
alta ou baixa quantidade de produtos indesejáveis, tais como CO, 
hidrocarbonetos, HPA, NOx etc
Uma combustão eficiente necessita:
• Alta temperatura
• Excesso de oxigênio
• tempo de combustão
• Mistura ar/combustível
Isto garante uma baixa emissão de monóxido de carbono (CO), 
hidrocarbonetos policíclicos poliaromáticos (HPA), e pequena
quantidade de carbono não queimado nas cinzas. Infelizmente, estas 
condições (alta temperatura, alto excesso de ar, longo tempo) estão também 
diretamente relacionadas com a formação de NOx. 
Combustão Direta
Combustão Direta Combustão Direta
Uma Caldeira de Biomassa é uma das tecnologias de combustão direta mais 
utilizadas, uma vez que a caldeira converte o calor da combustão em vapor.
- O vapor pode ser utilizado para calor, energia mecânica ou eletricidade
- O vapor na saída da caldeira contém 60 a 85 % da energia da biomassa
- Os principais tipos de caldeira a biomassa são: queima em câmara, grelha 
estacionárias ou rotativas, queimadores de leito fluidizado
Queima em Câmara:
- consiste de fornalhas, possuindo uma 
câmara de combustão superior e inferior
- A biomassa queima em uma grelha na 
parte inferior da câmara, liberando os 
voláteis
- Os gases voláteis se queimam na parte 
superior da câmara
-