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FACULDADEDE CIÊNCIAS
Disciplina 
Processos de Conversão Termoquímica e suas Aplicações
Relatório Laboratorial
Avaliação do Potencial Energético da Película de Amêndoa de Castanha de Cajú
Nomes dos discentes: Docente: Belarmino
1. Matavel, Jacinto
2. Sitoe, Mayra
UEM, 10 de Junho de 1917
Relatório da Actividade Laboratorial de Processos de Conversão Termoquímica e suas Aplicações
	
Avaliação do Potencial Energético da película de amêndoa de castanha de cajú
Resumo
A avaliação quantitativa do potencial energético da película de améndoa de castanha de cajú no laboratório de análises térmivas da UEM, foi o objectivo base do trabalho; para alcança-lo realizaram-se experiências usando normas ASTM para determinar a análise elementar, imediata e física da película de amêndoa de castanha de cajú. Para tal, foi necessário consolidar conhecimentos sobre combustíveis biomássicos e seus processos de conversão termoquímica. Após a manipulação dos dados, aceitando um erro relativo das medições entre 0.002% e 6.9%, obtiveram-se resultados que estão no segundo capítulo deste relatório que possibilitaram determinar o poder calorífico da amostra e obteve-se 4,616.422 kcal/kg (cerca de 19MJ/kg) e um potencial energético do resíduo de 500GWh/ano. 
Palavras-chaves: Análise elementar. Análise imediata. Análise física. Poder calorífico. Potencial energético.
Lista de conteúdos 
Capitulo I: Introdução e Objectivos	6
1.1	Introdução	6
1.2	Objectivos	2
1.2.1	Objectivo geral	2
1.2.2	Objectivos específicos	2
Capitulo II: Enquadramento Teórico	2
2.1 Avaliação quantitativa da biomassa	2
2.1 A fonte energética	4
2.3 Produção de energia	5
2.3.1 Conversão termoquímica por combustão	5
Capítulo III. Metodologia	7
3.1 Material e método	7
2.2.1 Amostragem	7
1.2.2	Análise imediata	8
1.2.3	Análise elementar	9
1.2.4	Poder Calorífico da película de amêndoa de acastanha de cajú	10
1.2.5	Densidade a granel, aparente e BCI da película de amêndoa de castanha de cajú	10
1.2.6	Potencial Energético da película de amêndoa de castanha de cajú	11
3.2 Procedimento experimental	12
3.2.1 Preparação da biomassa	12
3.2.2 Determinação do teor de humidade	13
3.2.3 Determinação das massas para teor de material volátil	13
3.2.4 Mediações para densidade aparente	14
Capítulo IV Resultados e discussão	15
4.1 Resultados da análise imediata	15
4.2 Resultados da análise elementar	18
Capitulo V: Conclusões	20
V.1 	Conclusões	20
Referências bibliográficas	21
Anexos A. Dados experimentais	24
Anexo B. Tratamento estatístico de dados	25
Anexo C. Formulação do combustível e sua reação de combustão	29
	
Lista de Figuras 
Figure 1.41 Composição química da biomassa (Basu, 2010)	4
Figure 2.21 Material utilizado	12
Figure 2.31 a) Amostra fora da mufla b) arrefecimento no dessecador	18
Figure 2.32 Briquetes da película de amêndoa de castanha de cajú	20
Figure 2.41 Variação do HHV com o teor de cinzas	22
Figure 2.42 Composição imediata da PACCC	23
Figure 2.43 Composição elementar da PACCC	24
Figure 2.44 Comparação dos poderes caloríficos da PACCC	25
Figure 2.45 Distribução de partículas na biomassa	26
Figure 2.46 Distribuição de partículas na biomassa	27
Figure 2.47 variação da humidade em função da densidade a granel	28
Figure 2.48 Densidade energética como função da densidade da biomassa	29
Figure 2.51 Teores de CCC e PACCC	35
Figure 2.52 Poder calorífico susperior para PACCC e CCC	35
Figure 2.53 Composição elemenar de biomassas	36
Figure 2.54 Densidades aparente de biomassas	37
Figure 2.55 HHVs das biomassas	37
Figure 2.56 Densidade energética das biomassas	38
Lista de Tabelas 
Table 1.51 Produção de diferentes culturas agrícolas em Moçambique e seu potencial energético	5
Table 1.52 Teste de Turkey para biocombustíveis de espécies florestais	9
Table 2.31 amostra a) in nature b) moída	17
Table 2.41 Determinação do teor de material volátil	20
Table 2.42 Determinação do teor de cinzas	21
Table 2.43 Determinação da humidade	22
Table 2.44 Composição imediata da biomassa	23
Table 2.45 Composição elementar da biomassa	23
Table 2.46 Determinação do poder calorífico	24
Table 2.47 Determinação do diâmetro de Sauter	26
Table 2.48 Determinação da densidade a granel	27
Table 2.49 Densidade energética do briquete	28
Table 2.410 Potencial energético com 25% de Recolha do resíduo em toneladas	29
Table 2.411 Potencial energético com 50% de Recolha do resíduo em toneladas	30
Table 2.412 Potencial energético da PACCC	30
Table 2.52 Teste de Turkey para película de castanha de cajú.	36
Lista de abreviaturas e acrónimos
UEM: Universidade Eduardo Mondlane
PACCC: Película de Amêndoa de Castanha de Cajú
CCC: Casca de Castanha de Cajú
HHV : High Heating Value, para poder calorífico superior
LHV: Low Heating Value, para poder calorífico inferior
NHV: poder calorífico útil
As: teor de cinzas
Ms: teor de humidade
VM: teor de Material volátil
FC: teor de carbono fixo
C: teor de carbono
O: teor de oxigênio
N: teor de nitrogênio
S: teor de enxofre
H: teor de hidrogénio
		
vi
Capitulo I: Introdução e Objectivos
Contextualização
O trabalho aqui apresentado enquadra-se no sistema de avaliação do módulo Processos de Conversão Termoquímica e suas Aplicações constante no currículo.
A energia é essencial para o crescimento económico e para a redução da pobreza em todo o mundo. O esforço nacional para erradicar a pobreza e alcançar os Objectivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) exige mão-de-obra formada para lidar com projectos de desenvolvimento energético (Finanças, 2020), que por sua vez requer a formação avançada de pessoal, que muitas vezes não se consegue em cursos de graduação aos níveis de licenciatura. 
Como forma de alcançar os objectívos do módulo, desenvolveu-se uma estrutura de investigação no laboratório de análises térmicas da UEM para avaliar o potencial energético de matéria prima local, os resultados integrados neste relatório.
Objectivos
Para uma resolução eficaz da hipótese experimental, foi necessário elaborar os objectivos que são apresentados a seguir.
Objectivo geral
O principal objetivo é:
Elaborar os aspectos teóricos e práticos relacionados com o uso da película da amêndoa de castanha de cajú para a produção de energia através de conversão termoquímica.
Objectivos específicos
· Caracterizar fisico-químicamente a película da amêndoa de castanha de cajú;
· Avaliar o potencial de geração de energia a partir da película de amêndoa de castanha de cajú.
Capitulo II: Desenvolvimento
2.1 Avaliação quantitativa da biomassa
A avaliação quantitativa do potencial energético da película de amêndoa de castanha de cajú tem como base a determinação analítica do poder calorífico superior e da densidade aparente do seu briquete. A prática experimental impõe analisar o conteúdo energético da película de castanha de cajú em função da sua caracterização física e química. Para caracterizar fisico-químicamente este resíduo recorre-se a métodos padronizados que permitem determinar as propriedades mecânicas e químicas do resíduo. A tabela 1.4-1 apresenta a relação desses métodos com a caracterização do resíduo.
Tabela 1.41. Métodos padrão para caracterização de biomassa
	Caracterização da biomassa
	Método padrão
	
Elementar
	Análise elementar
	
	
	Teor de Carbono 
	ASTM E777-08
	
	Teor de Hidrogénio 
	ASTM E777-08
	
	Teor de Oxigénio
	ASTM E777-08
	
	Teor de Nitrogénio
	Por aproximação
	
	Teor de Enxofre
	Por diferenciação
	
	 Análise imediata
	
	
Imediata
	Teor de Humidade
	Medição directa
	
	Teor de Cinzas
	ASTM D-1102
	
	Teor de Material Volátil
	ASTM E872
	
	Teor de Carbono Fixo
	Por diferenciação
	
	 Caracterização física
	
	
Física
	Densidade a granel 
	 ASTM E879-06
	
	Densidade aparente
	 Medição indireta
	
	Diâmetro médio das partículas
	 Fracionamento
		Fonte: (Basu, 2010)(Jenkins, Baxter, T.R., & T.R, 1998)	
Essencialmente, a qualidade de biocombustíveis é intimamenterelacionada às frações mássicas dos seus componentes. A figura 1.4-1 mostra a proporção relativa do correspondente conteúdo biomássico.
Figure 1.41 Composição química da biomassa (Basu, 2010)
	A análise do diagrama da figura 1.4-1 mostra que o índice de voláteis é inversamente proporcional ao do coque. O tempo de residência da biomassa na câmara de combustão depende desses dois índices, por isso a partir dos valores pode-se determinar qualitativamente o combustível biomássico resultante. 
	Considere que, os índices de coque e voláteis são fixos nas posições como a figura 1.4-1 mostra, havendo ou não compensação dos teores dos componentes da proporção do coque, obviamente, o poder calorífico da biomassa vai se alterar em função da variação do material volátil VM em relação a humidade M. Visto que o material volátil constitui o combustível real da biomassa (Marangwanda, 2020). Quanto maior for o índice do coque, significa que cinzas e o carbono fixo estão em maior percentagem, por isso o conteúdo energético da biomassa será baixo.
	Determinar a composição termo-química da biomassa fornece, não só informação sobre o conteúdo energético da biomassa mas também avaliar o tipo de tecnologia a usar e a razão de ar -combustível necessária para a combustão completa da biomassa.
2.1 A fonte energética 
A cultura de cajú e seu subproduto, a castanha de cajú, é uma parte importante da economia de Moçambique. O país possui uma média de 32 milhões de cajueiros (MOZACAJÚ, 2017), que ocupam cerca de 145 000 hectares de área de plantio (FAO, 2020), o que confere a 10ª posição no ranking mundial de produção da castanha de cajú (INCAJU, 2020). Esta cultura não é a única com potencial energético em Moçambique, na sua publicação (Cuvilas, Jirjis, & Lucas, 2020) apresentou com subsídios os dados na tabela 1.5-1 onde cita outros autores como fontes de informação, com objectivo de estabelecer a relação entre os resíduos biomássicos, sua disponibilidade e seu respectivo potencial energético.
Table 1.51 Produção de diferentes culturas agrícolas em Moçambique e seu potencial energético 
	
	Colheita
	Produção (x103 ton)
	RPR
	Total de resíduos x 103 ton
	Resíduos (GJ ton-1)
	Potencial ener
no resíduo (TJ)
	1
	Cana de açúcar
	2060
	1:1.6
	3297
	17.9
	 59,007
	2
	Algodão
	115
	1:2.1
	241
	25.0
	 3,834
	3
	Milho
	1395
	1:2.3
	3208.5
	14.7
	 47,16
	4
	Sorgo doce
	202
	1:1.4
	282
	14.7
	 3,672
	5
	Amendoim
	85
	1:2.3
	178
	25.0
	 4,443
	6
	Girasol
	7
	1:2.
	15
	25.0
	 378
	8
	CCC
	63
	1:0.5
	31
	18.9
	 594
	9
	Chá
	16
	1:1.2
	19
	13.0
	 250
	10
	Coco
	47
	 - 
	 -
	-
	 -
Considerando que não haja perdas, por exemplo na colheira de casca de castanha de cajú, de acordo com a tabela 1.5-1, o potencial energético de 594 TJ é uma função do HHV e será completamente usado para transformação de biomassa em energia eléctrica em uma central térmica de turbinas a vapor, cujo rendimento médio é 35% (Rendeiro, 2008), a energia eléctrica disponível será de 207.9 TJ/ano que corresponde a 207.9 TWh/ano.
A película de amêndoa de castanha de cajú é obtida no processamento de castanha de cajú, tendo a mesma origem agrícula como casca de castanha de cajú e quantidades proporcionais, o que significa que também possui um potencial energético para produção de bioenergia.
2.3 Produção de energia
A conversão termoquímica da biomassa para produção de energia térmica e electricidade depende da caracterização físico-química da biomassa. Contudo, para (Carvalho, 2012) a escolha da melhor tecnologia de conversão termoquímica da biomassa deve-se tomar em conta o seguinte;
a) O tipo e a quantidade da biomassa disponível; 
b) A forma final de utilização; 
c) Condições económicas; 
d) A potência que se pretende obter;
e) Aspectos ambientais.
Avaliando os pontos acima, e pesando a quantidade da emissão de óxidos NOx mais acentuados na combustão do que na gaseificação (Marangwanda, 2020), a combustão apresenta uma vantagem para os restantes (Rendeiro, 2008). 
2.3.1 Conversão termoquímica por combustão 
Segundo (Marangwanda, 2020); o processo combustão de biocombustíveis sólidos poder ser sumarizada em três etapas:
1) A secagem, que ocorre com a libertação da água livre;
2) Pirólise dos sólidos secos;
3) Combustão dos voláteis 
 A última etapa ocorre na presença do ar resultando na libertação dos afluentes e gerando energia (Marangwanda, 2020). Para a película de amêndoa de castanha de cajú, a reação de combustão será de acordo com a seguinte equação;
 (1.51)
	O calor , libertado na combustão da biomassa será dado como (Rendeiro, 2008);
 (1.52)
Onde; é a massa da biomassa e é o poder calorífico inferior da biomassa.
Capítulo III. Metodologia
3.1 Material e método
Para a realização desta tarefa, foi necessário os seguintes instrumentos laboratoriais: Resíduo: película de amêndoa de castanha de cajú, (a) moinho triturador ultracentrífogo RETSCH ZM 200; Duas pinças de tamanhos diferentes, duas placas de Petri; (d) dois Bakers ( um de PVC e outro de vidro), (b) dessecador ou escicador, (d) balança de alta precisão DENVER INSTRUMENT M310, dois cadinhos de porcelana e (c) 2 de zircónio, Mufla de 110 oC, (f) Forno mufla Termoleb com câmaras que suportam até +1500 oC, porta cadinhos, balões de 125 ml, paquímetro digital, Crivos, (e) briquetador e (g) mediador de humidade Sartorius MA 100. Alguns destes instrumentos estão nas figura abaixo.
Figure 2.21 Material utilizado
2.2.1 Amostragem
A película de amêndoa de castanha de cajú tem forma de um pigmento, é obtida no processamento de castanha de cajú. O peso médio da castanha de cajú é de 7g e a película possui 3% do peso total da castanha (Paiva, 2000). 
As amostras da película de amêndoa de castanha de cajú foram coletadas numa fábrica de processamento de castanha de cajú a redores da cidade de Maputo. 
Não foi feito nenhum tratamento adicional ao resíduo “in nature”, para além do processo de torrefação durante o processamento da castanha de cajú. 
Não se fez controle rigoroso de amostragem, como triagem em função do tempo de colheita, região de colheita, toda biomassa estava depositada num saco plástico e armazenada no laboratório.
Para determinação do poder calorífico e da densidade energética usou-se métodos analíticos, onde a análise imediata e elementar foi para fazer a caracterização química da biomassa. Com recurso teórico estimou-se o poder calorífico superior para comparação usando uma equação matemática que relaciona o poder calorífico superior em função do teor de cinzas. A caracterização física da biomassa foi realizada também por método analítico.
As medidas necessárias para satisfazer cada objectivo específico foram as quantidades mecânicas da biomassa antes do tratamento térmico e depois do tratamento térmico. Contudo, obedeceu-se, obviamente, o método padrão de acordo com ASTM.
0. Análise imediata
Consiste na determinação do toer de cinzas, material volátil, humidade e carbono fixo (Basu, 2010);
a) Teor de cinzas
É determinado através da seguinte equação;
 (2.21)
Onde, é a massa das cinzas e é a massa da amostra seca.
b) Teor de material volátil
É determinado através da seguinte equação;
(2.22)
Onde, é a massa do material volátil é a massa da amostra seca.
c) Teor de humidade
Determinado por medição directa
d) Teor de carbono Fixo
É determinado por diferenciação através da seguinte equação;
(2.23)
Onde, é o teor de humidade é o teor de cinzas.
Análise elementar
Consiste na determinação da composição química da biomassa a partir das normas ASTM D3176, E777, E775 e E778. (Hasan, 2018) (Parikh, 2005);
a) Teor de carbono
É determinado através da seguinte equação;
(2.24)
	Onde, é o teor de carbono fixo e é o teor de material volátil.
b) Teor de Hidrogénio
É determinado através da seguinte equação;
 (2.25)
c) Teor de Oxigénio
É determinado através da seguinte equação;
(2.26)d) Teor de Nitrogénio 
Determinado por aproximação na proporção teórica considerando que o teor de nitrogénio é sempre maior em relação ao do enxofre nos biocombustiveis.
e) Teor de Enxofre
Determinado por diferenciação, segundo a equação
(2.27)
Poder Calorífico da película de amêndoa de acastanha de cajú
O poder calorífico, com unidade MJ/kg, é determinado através da equação de Perikh (Parikh, 2005).
 (2.28)
 (2.29)
 (2.210)
As equações 2.2-8, 2.2-9 e 2.2-10 correspondem ao poder calorífico superior, inferior e útil, respectivamente.
Densidade a granel, aparente e BCI da película de amêndoa de castanha de cajú
A determinação de densidade a granel dever à base da norma ASTM E879-06. A medição de massa, volume e densidade é feita de maneira clássica, onde a densidade é a razão entre a massa e o volume. Contudo existe uma relação entre a densidade a granel e o BCI dado como;
(2.211)
Onde, é o índice de caracterização de biomassa e estabelece variação da densidade a granel com humidade da biomassa.
O diâmetro de Sauter representa o diâmetro médio das partículas o resíduo, foi determinado através da equação (Jordan, 2016);
(2.212)
Onde, representa a fracção mássica retida e o diâmetro médio das partículas retidas.
Potencial Energético da película de amêndoa de castanha de cajú
O potencial energético da biomassa é calculado segundo a equação (Gondwe, 2017);
(2.213)
Onde; é a massa do resíduo produzido, é o poder calorífico inferior do resíduo e é a razão produção/resíduo. Esta razão pode ser determinada através do índice de colheita (Bentsen, 2014) (Unkovich, 2010), tal que;
 (2.214)
O indice de colheita , , do resíduo pode ser dado como (Ismail, 1993) ;
 (2.215)
Onde, é o massa do resíduo e é o massa da biomassa que gerou o resíduo.
3.2 Procedimento experimental
Este procedimento consiste na metodologia empregada para obter medidas directas para determinar analiticamnte o potencial energético da película de amêndoa de castanha de cajú através de análise imediata, elementar e granulométrica.
3.2.1 Preparação da biomassa
A amostra “in nature” da película de amêndoa de castanha de cajú, foi recolhida numa processadora de castanha de cajú localizada a redores da cidade de Maputo, posteriormente disponibilizada para análises pelo laboratório de análises térmicas da UEM. Cerca de 300g da biomassa “in nature” foram colocadas no moinho triturador ultracentrífogo RETSCH ZM 200. A figura 2.3-1 mostra a película antes e depois da moagem.
Table 2.31 amostra a) in nature b) moída
No moinho, as películas foram reduzidas a partículas com tamanho granulométrico próximo de 40 micra, equivalente a 1.05mm. Após a redução, a amostra foi colocada na mufla por 24h para secagem à temperatura de 110 oC.
Todos os recepientes usados (Placas de Petri, cadinhos de porcelana e cadinhos de zircônio) já estavam devidamente enumerados, para melhor identificação.
3.2.2 Determinação do teor de humidade
O teor de humidade foi determinado pelo método directo na base seca, usando um medidor electrónico de Sartorius MA 100. O Sartorius funciona em modo dual, como balança de baixo calibre e medidor de humidade. 
· Mediu-se uma massa de 1,0003g usando o Sartorius, fechou-se a escotilha do medidor e mediu-se a humidade e registou-se os valores na tabela.
· Repetiu-se o passo anterior pela segunda vez.
3.2.3 Determinação das massas para teor de material volátil
A determinação das massas para material volátil foi de acordo com a norma E-872, onde;
· A amostra secada de 1,0013g e 1,0008g foi colocada num cadinho com tampa para evitar contacto com o ar durante a pirólise; 
· Mediu-se a massa do cadinho com a tampa e registrou-se o valor na tabela de dados;
· Mediu-se a massa do cadinho com amostra e registrou na tabela de dados;
· Repetiu-se o passo anterior com a segunda amostra e outro cadinho devidamente identificados;
· Os cadinhos foram colocados durante 7 minutos na mufla para o processo de desvolatização à temperatura constante de 950 oC;
· Após a pirólise, as amostras foram removidas, conforme mostra a figura 2.3-1, depois foram arrefecidas num dessecador;
 Figure 2.31 a) Amostra fora da mufla b) arrefecimento no dessecador
· Após arrefecimento as amostras foram pesadas para determinar a perda de massa. Os valores da massa final foram registrar os valores na tabela de dados.
3.2.4 Mediações para densidade aparente
· Com recurso a crivos de 1, 0.6, 0.355, 0.18 e 0.0125 mm, peneirou-se mecanicamente a amostra e obteve-se a caracterização granulometrica da biomassa;
· Para cada granulometria mediu-se as massas e registou-se os dados em tabela;
· Para particulas mais finas e em maior quantidade, mediu-se 60g de biomassa, borrifou-se gotas de água para aumentar a humidade até perto do recomendável (12 %);
· Produziu-se 4 briquetes usando a briqueteira, como mostra a figura 2.3-2;
Figure 2.32 Briquetes da película de amêndoa de castanha de cajú
· Mediu-se a massa do briquete, e registou-se os dados em tabela.
· Em intervalos de 6 minutos, começando instante após a briquetagem, mediu-se com paquimetrso digital o diamentro e a espessura do briquete até não haver uma mudança significativa das dimensões. Para esta medição, foi repetida 4 vezes.
Capítulo IV Resultados e discussão
Para determinar o potencial energético da película de amêndoa de castanha de cajú, foi necessário determinar a composição Imediata, Elementar e Poder Calorífico (superior, inferior e útil). Os resultados experimentais e analíticos são apresentados em gráficos e tabelas com os seus respectivos desvios padrão.
4.1 Resultados da análise imediata
A tabela 2.4-1 apresenta os resultados para o teor de material volátil;
	 Table 2.41 Determinação do teor de material volátil
	Cadinho
	
 [g]
	
[g]
	
[g]
	
[g]
	VM
	VM%
	σ %
	1
	66.0538 
	1.0013
	67.0551
	66.3492
	0.705
	70.498
	
	2
	65.0511
	1.0008
	66.0519
	65.3438
	0.708
	70.753
	
	Média
	
	
	
	
	0.706
	70.626
	0.133
A massa dos voláteis, representada por na equação 2.2-2, foi determinada pela diferença entre e , onde é a massa do cadinho + carvão e a massa do cadinho.
O desvio padrão obtido de 0.133, introduz um intervalo de medição de uma casa decimal para o valor do teor do material volátil. Este intervalo é extenso, contudo aceitável para o número de repetições da medição. Contudo, erro relativo da sua medição indirecta avaliado em 0.188 % dá confiança do resultado obtido, o que o torna uma boa medição.
O valor médio do teor de material volátil de 70.626% significa que a película de amêndoa de castanha de cajú tem maior proporção de voláteis do que soma da proporção de coque e humidade, o que é desejável, visto que pode qualitativamente aceitar que o resíduo terá um poder calorífico alto.
A tabela 2.4-3 apresenta os resultados para teor de cinzas;
	 Table 2.42 Determinação do teor de cinzas
	Cadinho
	
 [g]
	
[g]
	
[g]
	As
	As%
	σ %
	9
	30.5597
	2.0002
	30.6351
	0.038
	3.8
	
	4
	28.218
	2.0004
	28.2911
	0.037
	3.7
	
	Média
	
	
	
	0.0371
	3.71
	0.00871
A massa das cinzas, representada por na equação 2.2-1, foi determinada pela diferença entre e , onde é a massa do cadinho e a massa do cadinho + cinzas.
	O intervalo de medição do valor médio do teor de cinzas é satisfatório, 	 o erro relativo da sua medição avaliado em 0.235% dá confiabilidade deste valor.
No Enquadramento teórico, secção 1.4, percebeu-se que o teor de cinzas é inversamente proporcional ao poder calorífico. O que significa que menor teor de cinzas indica um bom potencial energético da biomassa. (Kwaghger, Enyejoh, & Iortyer, 2017) Desenvolveram uma equação para estimar o poder calorífico da biomassa a partir do seu teor de cinzas dada pela seguinte equação;(2.41)
Graficando o HHV em kcal/kg é uma função do teor de cinzas, e considerando que para (Parikh, 2005) o teor de cinzas de uma biomassa esté entre , pode-se obter seguinte comportamento, como mostra o gráfico da figura 2.4-1.
Figure 2.41 Variação do HHV com o teor de cinzas
Analisando o intervalo dos valores de teor de cinza na figura 2.4-1, dá para perceber que a película de castanha de cajú tem um poder calorífico, em virtude do seu baixo teor de cinzas, maior que 4000 kcal/kg, que corresponde a cerca de 16.76 MJ/kg.
Outra quantidade que influência o HHV é a humidade, a tabela 2.4-3 mostra os resultados da humidade para a película de castanha de cajú. O valor médio de humidade da película é apenas cerca de 28% do limite de humidade de biomassa, que significa que é relativamente baixo.
 Table 2.43 Determinação da humidade
	Exp.
	Ms %
	Ms
	σ %
	1
	7.07
	0.0707
	
	2
	7.19
	0.0719
	
	Média
	7.13
	
	0.0848
O intervalo de medição mostra um bom nível de homogeneidade da humidade da amostra. Contudo o seu erro relativo estimado em 5.32% desfavorece a confiança nesta medição. Uma repetição rigorosa seria ideal.
A tabela 2.4-4 a mostra as porporções imediatas da película de amêndoa de cajú.
Table 2.44 Composição imediata da biomassa
	Grandeza
	CF
	VM
	As
	Ms
	%
	25.66
	70.626
	3.712
	7.13
	σ[ %]
	0.0012
	0.1330
	0.0087
	0.0848
Para melhor avaliação destas proporções, o gráfico da figura abaixo apresenta os valores da tabela acima em série.
Figure 2.42 Composição imediata da PACCC
	A partir da figura 2.4-2 é possível concluir que a película de amêndoa de castanha de cajú possui maior teor de voláteis em relação à soma dos teores dos outros três componentes.
4.2 Resultados da análise elementar
 
A caracterização elementar da película está apresentada na tabela 2.4-4.
Table 2.45 Composição elementar da biomassa
	Grandeza
	C
	H
	O
	N
	S
	%
	48.48025
	5.71313
	 41.41861
	3.4062
	0.98182
	σ[ %]
	0.1041
	0.00542
	0.00165
	-
	0.14030
 
Os valores para os teores de enxofre e nitrogénio foram extrapolados, o que pode justificar a dispersão do seu valor central. 
Os teores de H e O possuem boa homogeneidade relativamente ao carbono. Contudo, todos os teores possuem erro relativo satisfatório na ordem de 0.02%. 
É desejável conhecer o teor de enxofre, visto que durante a manipulação de dados foi possível perceber que o teor de enxofre influencia no aumento do poder calorífico. 
A energia de ligação entre átomos de carbono é maior do que de ligação entre hidrogénio e oxigênio. Por isso é desejável que o teor de carbono seja maior do a soma dos teores de hidrogénio e oxigénio, para que o calor libertado na combustão de biomassa seja maior (McKendry, 2002). 
Figure 2.43 Composição elementar da PACCC
 	A figura 2.4-2 permite avaliar o racio C:H e O:H, e nota-se que é maior do o racio O:H, indicando que a película de amêndoa de castanha de cajú possui um alto poder calorífico.
	Para certificar as avaliações qualitativas do potencial energético em função da composição elementar foi calculado o carbono fixo e o poder calorífico usando os resultados da análise elementar para a película de amêndoa de cajú. Os resultados estão na tabela 2.4-5.
 	 Table 2.46 Determinação do poder calorífico
	Grandeza
	Kcal/kg
	kJ/kg
	MJ/kg
	σ[ MJ/kg]
	
	
	
	
	
	HHV
	4616.42243
	19342.81001
	19.34281
	0.00048
	LHV
	4616.11392
	19341.51736
	19.34151
	0.00048
	NHV
	4286.94222
	17962.28792
	17.96228
	 0.00035
	Os intervalos de medição dos três poderes calóricos são satisfatórios, conforme pode-se ver pelos valores do desvio padrão de cada um destes, assim como do carbono fixo. Todos os poderes possuem erros relativos satisfatório na ordem de 0.002%. O Carbono fixo ainda que tenha um erro relativo de 3.5% ainda está dentro do intervalo de confiança.
Figure 2.44 Comparação dos poderes caloríficos da PACCC
	A análise da figura 2.4-5 mostra que HHV e o LHV possuem valores estatisticamente iguais. Este facto pode estar ligado ao baixo teor de humidade da biomassa. Esta observação é notável ao retirar a humidade de formação da biomassa valor do LHV, resultando na perda de aproximadamente 400 kcal/kg. 
Capitulo V: Conclusões 
V.1 	Conclusões
1. Com base nos cálculos realizados para fins comparativos obteve-se para a amostra de película de amêndoa de castanha 70.626% e 48.480% teores de material volátil e carbono, respectivamente. Estes valores são os mais importantes para avaliar qualitativamente potencial energético da biomssa, colocando a película como uma potencial fontes de ernergia.
2. O valor médio do poder calorífico supeirior 4,616.422 kcal/kg, cerca de 19MJ/kg está estatisticamente abaixo da média em relação ao de outras fontes biomássicas que são usadas para gerar calor e electricidade.
Referências bibliográficas
Abreu, I. C. (2017). Energias Renováveis em Moçambique – Relatório Nacional do Ponto de Situação. ALER.
(2003). Agenda 2025: Visão e Estratégias da Nação. Maputo.
Bank, W. (2016). The World Bank Environmental and Social Framework. Washington DC: World Bank Group.
Basu, P. (2010). Biomass Gaseification and Pyrolysis: Pratical Design and Theory. Tokyo: Elsevier.
Bentsen, N. S. (2014). Agricultural Residue Production and Potentials for Energy and Materials Services. Progress in Energy and Combustion Science (40), 59-73.
Carvalho, T. d. (2012). Gaseificação Térmica de Resíduos Sólidos da Indústria do Azeite. Portalegre.
Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2004). Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill.
Costa, T. G. (2014). Qualidade de Madeira de Cinco Espécies de Ocorrência no Cerrado para Produção de Carvão Vegetal. Cerne, Lavras , XX (1), 37-46.
Cuvilas, C., Jirjis, R., & Lucas, C. (2020). Energy situation in Mozambique: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 2139–2146.
dos Santos, F. A. (2012). Análise da Aplicação de Biomassa da Cana como Fonte de Energia Eléctrica: Usina de Açucar, Etanol e Bioelectricidade. São Paulo.
Duarte, J., & Lima, P. (2002). Comparação da Qualidade da Madeira de Seis Espécies de Algorobeira para Produção de Energia. Colombo , 99-107.
Evans, A., Strezov, V., & & Evans, T. J. (2009). Assessment of Sustainability Indicators fo rRenewable Energy Technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 1082–1088.
FAO. (22 de 12 de 2020). Food and Agriculture Organization of the United Nations. Obtido em 18 de Fevereiro de 2021, de FAOSTAT: http://www.fao.org
Finanças, M. d. (2020). Relatório da Revisão Nacional Voluntária de Moçambique. Maputo: CINEGROUP.
Gondwe, K. e. (2017). Crop residues as a potential renewable energy source for Malawi's cement industry. Journal of Energy in Southern Africa , 19-31.
Grobe-Ruchekamp, A., & Seelige, K. (2010). Análise da Cadeia de Valor do Cajú em Moçambique. Maputo: GIZ.
Hasan, M. e. (2018). Correlations to Predict Elemental Composition and Heating Value of Torrefied Biomass. Energies .
Hicks, T. G. (2006). Handbook of Mechanical Engineering Calculations. McGraw-Hill.
Impacto. (2013). Projecto de Expansão da Central térmica de Maputo-Instalaçãoes de Turbinas a gás de Ciclo Combinado. Maputo.
INCAJU. (2020). Competitividade da Indústria de Castanha de Cajú em Moçambique. Maputo: INCAJU, IP.
IRENA. (2017). Biofuel Potential in Sub-Saharan Africa: Raising food yields, reducing food waste and utilising residues. Abu Dhabi.: International Renewable Energy Agency.
Ismail, A. M. (1993). A CriticalL Analysis of "Harvest Index". Qatar Univ. Sci. J. , 253- 263.
Jenkins, B. M., Baxter, L., T.R., M. J., & T.R, M. (1998). Combustion Properties of Biomass. (54), 17-46.
Jingura, R., & Matengaifa, R. (2008). The Potential for Energy Production From Crop Residues in Zimbabwe. Biomass and Bioenergy , 1287-1292.
Jordan, R. A. (2016). Caracterização Granulométrica de Biomassa de Polidispersa pelo Método de peneiramento Mecânico. Brazilian Association of Agrucultural Engeneering , 102-113.
Kwaghger, A., Enyejoh, L. A., & Iortyer, H. A. (2017). THEDEVELOPMENT OF EQUATIONS FOR ESTIMATING HIGH HEATING VALUES FROM PROXIMATE AND ULTIMATE ANALYSIS FOR SOME SELECTED INDIGENOUS FUEL WOODS. European Journal of Engineering and Technology , V (3), 2017.
Manhiça, F. A., Lucas, C., & Richards, T. (2012). Wood Consumption and Analysis of the Bread Baking Process in Wood-fired Bakery Ovens. Applied Thermal Engineering (47 ), 63-72.
Manisalidis, I. e. (2020). Environmental and Heath Impacts of Air Pollution: A Review. Fronties in Public heath , XIII (14).
Marangwanda, G. T. (2020). Combustion models for biomass: A review. Energy Reports , 664–672.
MASA. Anuário de Estatísticas Agrárias 2012-2014. DCPI.
McKendry. (2002). Energy Production from Biomass (part 1): overview of biomass. Bioresource Technology , 37-46.
MIREME. (2019). Quadro de Políticas de Gestão Ambiental e Social (QPGAS). . Maputo: MIRENE.
MITADER. (2015). Programa Nacional de Desenvolvimento Sustentável. Maputo.
Mohod, A. a. ( 2010). Energy Option for Small Scale Cashew Nut Processing in India. Energy Research Journal , 47-50.
MOZACAJÚ. (2017). MozCajú Relatório de Impacto. Maputo.
Nations, U. (2015). Transforming our World: the 2030 Agenda for Susteinable Development.
PAIVA, F. e. (2000). Aproveitamento Industrial do Cajú. Fortaleza: Embrapa-CNPAT/SEBRAE/CE.
Parikh, J. e. (2005). A Correlation for Calculating HHV from Proximate Analysis of Solid Fuels. FUEL (84 ), 487–494.
Política Energética, 5/98 (Moçambique 5 de Março de 1998).
Quirino, W. F. (2005). Poder Calorífico da Madeira e de Materiais Ligno-celulosas. Madeira (89), 100-106.
Rendeiro, G. e. (2008). Combustão e Gasificação de Biomassa Sólida: Soluções Energéticas para a Amazônia. Brasília: Ministério de Minas e Energia.
Silva, L. e. (2018). Características Energéticas do Carvão Vegetal de Aroeira e Leucena. Ciência Florestal , 412-419.
Silva, L., JRD, F., & Begnini, M. (2018). Cálculo da relação ar/combustível e a eficiência em caldeira alimentada com bagaço de cana-de-açúcar. São Paulo.
Speth, J. G. (1998). Environmental Pollution: A Long Term Perspective. Washigton, D.C.
Tsamba, A. J., & Yang, W. h. (2006). Pyrolysis characteristics and global kinetics of coconut and cashew nut shells. Fuel Processing Technology (87 ), 523–530.
Unkovich, M. e. (2010). Variability in Harvest Index of Grain Crops and Potential Significance for Carbon Accounting. Advanced Agronomy , 173-219.
Anexos A. Dados experimentais
	 
	Medição do diâmetro e espessura do Briquete
	massa
	64.193 [g]
	 Tempo
	0
	6
	12
	18
	24
	[mm]
	D
	L
	D
	L
	D
	L
	D
	L
	D
	L
	1
	25.99
	50.06
	26.16
	50
	26.59
	49.98
	26.67
	49.46
	26.28
	50.04
	2
	26.09
	50.19
	26.2
	50.01
	26.29
	49.99
	25.72
	49.41
	26.52
	49.09
	3
	26.07
	50.02
	26.15
	49.05
	26.09
	49.97
	25.71
	49.78
	26.45
	50.03
	4
	26.09
	50.04
	16.2
	49.95
	26.15
	49.94
	25.36
	49.7
	26.11
	49.49
	5
	25.72
	49.98
	26.5
	49.97
	26.42
	49.95
	25.76
	49.42
	26.16
	49.49
	6
	25.97
	50.01
	26.17
	50.01
	26.71
	49.98
	25.75
	49.46
	26.49
	49.97
	Tabela 1. Dados do briquete
Tabela 2. Dados do resíduo a granel
	
	Vb (ml)
	25
	 
	massa (g)
	mb
	mb,a
	ma
	1
	6.7765
	24.5995
	17.823
	2
	7.0097
	25.2267
	18.217
Anexo B. Tratamento estatístico de dados
	Teor de Material Volatil
	Column1
	m1
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro aabsoluto
	erro relativo
	1
	1.0013
	0.00025
	6.25E-08
	0.0001
	2.7904E-07
	0.0001
	9.98706E-05
	2
	1.0008
	-0.00025
	6.25E-08
	0.0001
	2.7904E-07
	0.0001
	9.99205E-05
	soma
	2.0021
	0
	1.25E-07
	0.0002
	5.5808E-07
	0.0002
	9.98955E-05
	media
	1.00105
	0
	0.000353553
	0.0001
	0.0015785
	0.001582
	0.1580%
	
	
	
	
	
	
	
	
	Column1
	m2
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro aabsoluto
	erro relativo
	1
	0.7059
	-0.0011
	1.21E-06
	0.0001
	5.4023E-06
	0.0001
	0.00014187
	2
	0.7081
	0.0011
	1.21E-06
	0.0001
	5.4023E-06
	0.0001
	0.000141429
	soma
	1.414
	0
	2.42E-06
	0.0002
	1.0805E-05
	0.0002
	0.000141649
	media
	0.707
	0
	0.001555635
	0.0001
	0.0069454
	0.006946
	0.9825%
	
	
	
	
	
	
	
	
	d1
	4.81474E-05
	
	
	
	
	
	d2
	1.76E-06
	
	
	
	
	
	
	dVM
	0.001329
	0.133%
	
	
	
	
	
	dVM %
	0.188%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Teor de Cinzas
	Column1
	m1
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro aabsoluto
	erro relativo
	1
	2.0002
	-0.0001
	1E-08
	0.0001
	4.4647E-08
	0.0001
	4.9995E-05
	2
	2.0004
	1E-04
	1E-08
	0.0001
	4.4647E-08
	0.0001
	4.999E-05
	soma
	4.0006
	-4.441E-16
	2E-08
	0.0002
	8.9293E-08
	0.0002
	4.99925E-05
	media
	2.0003
	-2.22E-16
	0.000141421
	0.0001
	0.0006314
	0.000639
	0.0320%
	
	
	
	
	
	
	
	
	Column1
	m2
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro aabsoluto
	erro relativo
	1
	0.0754
	0.00115
	1.3225E-06
	0.0001
	5.9045E-06
	0.0001
	0.1329%
	2
	0.0731
	-0.00115
	1.3225E-06
	0.0001
	5.9045E-06
	0.0001
	0.1370%
	soma
	0.1485
	0
	2.645E-06
	0.0002
	1.1809E-05
	0.0002
	0.1349%
	media
	0.07425
	0
	0.001626346
	0.0001
	0.0072611
	0.007262
	9.7802%
	
	
	
	
	
	
	
	
	d1
	4.81474E-05
	4.81474E-06
	
	
	
	
	d2
	7.58E-09
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Estimativa de Erros 
	 %
	
	
	
	
	
	dAS
	8.71E-05
	0.00871%
	
	
	
	
	
	dAS%
	0.235%
	
	
	
	
	
	
	dFC
	0.001331
	0.13314%
	
	
	
	
	
	dFC %
	3.588%
	
	
	
	
	
	
	dC
	0.001041
	0.10415%
	
	
	
	
	
	dC %
	0.0505%
	
	
	
	
	
	
	dH
	5.42E-05
	0.00542%
	
	
	
	
	
	dH %
	0.095%
	
	
	
	
	
	
	dO
	1.65E-05
	0.00165%
	
	
	
	
	
	dO %
	0.029%
	
	
	
	
	
	
	dS
	0.001043
	0.10430%
	
	
	
	
	
	dS
	1.826%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	19.34281
	19.34279709
	
	
	
	
	Estimativa de erro para HV
	
	
	
	
	
	Column1
	MJ/kg
	Column2
	
	
	
	
	
	dHHV
	0.000481
	
	
	
	
	
	
	dHHV %
	0.00249%
	
	
	
	
	
	
	dLHV
	0.000481
	
	
	
	
	
	
	dLHV %
	0.00249%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Estimativa de erro para densidade a granel
	
	
	Column1
	m1
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro absoluto
	erro relativo
	1
	17.823
	-0.197
	0.038809
	0.0001
	
	
	0
	2
	18.217
	0.197
	0.038809
	0.0001
	
	
	0
	soma
	36.04
	0
	0.077618
	0.0002
	
	
	0
	media
	18.02
	0
	0.278600072
	0.0001
	1.243858
	1.243858
	6.9027%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Densidade
	0.7208
	g/mL
	720.8
	kg/m^3
	
	
	
	Erro
	0.049754
	
	
	
	
	
	
	Err %
	6.9%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Estimativa de erro para densidade aparente
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Column1
	Diametro
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro absoluto
	erro relativo
	1
	25.980
	-0.032
	0.001
	0.010
	
	
	
	2
	25.560
	-0.452
	0.204
	0.010
	
	
	
	3
	26.370
	0.358
	0.128
	0.010
	
	
	
	4
	25.820
	-0.192
	0.037
	0.010
	
	
	
	5
	26.330
	0.318
	0.101
	0.010
	
	
	
	soma
	130.060
	0.000
	0.471
	
	
	
	
	media
	26.012
	
	0.343
	0.010
	0.509
	0.014
	0.054%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Estimativa de erro para densidade aparente
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Column1
	Altura
	xi-media
	desvio
	erro de escala
	erro aleatorio
	erro absoluto
	erro relativo
	1
	50.050
	24.038
	577.825
	0.010
	
	
	
	2
	49.830
	23.818
	567.297
	0.010
	
	
	
	3
	49.960
	23.948
	573.507
	0.010
	
	
	
	4
	25.828
	-0.184
	49.530
	0.010
	
	
	
	5
	26.335
	0.323
	49.680
	0.010
	
	
	
	soma
	202.003
	71.943
	1817.839
	
	
	
	
	media
	40.401
	
	21.318
	0.010
	31.595
	0.014
	0.035%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Volume
	21458.77679
	
	
	
	
	
	
	dV
	3.708965
	
	
	
	
	
	
	dV %
	0.02%
	
	
	
	
	
	
	Densidade
	0.002991
	
	
	
	
	
	
	erro
	0.000173
	
	
	
	
	
	
	err %
	5.78%
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Erro de Densidade Energetica
	
	
	
	
	
	Column1
	Column2
	
	
	
	
	
	
	DE
	57863.15
	MJ/kg
	
	
	
	
	
	dDE
	3343.237
	
	
	
	
	
	
	
	5.78%
	
	
	
	
	
	
Anexo C. Formulação do combustível e sua reação de combustão
CF	VM	As	Ms	25.66	70.626	3.712	7.13	
Teor [%]
C	H	O	N	S	48.48025	5.71313	41.41861	3.4062	0.98182	
Teor [%]
UEM| 2022	Página 14
cc
m
c
m
0
m
As
c
m
+
1
m
 
AC
51.599
-
 
4748.1
HHV
×
=
71.4%
As
0%
£
£
%ArxyzABCkgmol
C48.48025124.040020833
H5.71313215.713132
O 41.418616162.5886635N 3.4062140.2433
11.40.62.10.77.77
CxHyOz + (2x+(y/2)-z)(O2+3.76N2) = xCO2+(y/2)H2O+(2x+(y/2)-z)3.76N2
comb
Q
N
O
H
CO
N
O
O
CH
+
+
+
®
+
+
2
2
2
2
2
6
.
0
4
.
1
896
.
7
7
.
0
)
76
.
3
(
1
.
2
comb
Q
LHV
m
Q
biom
comb
×
=
biom
m
LHV
100
(%)
0
1
´
=
m
m
As
1
m
0
m
100
(%)
0
2
´
=
m
m
Ms
2
m
)
(
100
(%)
As
Ms
FC
+
-
=
Ms
As
VM
FC
C
455
.
0
637
.
0
(%)
+
=
FC
VM
VM
FC
H
052
.
0
052
.
0
(%)
+
=
VM
FC
O
476
.
0
.
0
304
.
0
(%)
+
=
)
(
100
(%)
N
O
H
C
S
+
+
+
-
=
AS
0.0211
-
N
0.0151
-
O
0.1034
-
S
0.1005
+
H
1.1783
+
C
0.3491
×
×
×
×
×
×
=
HHV
H
HHV
LHV
×
×
-
=
09
.
0
002514
.
0
Ms
Ms
LHV
NHV
×
×
-
-
=
01
.
0
002514
.
0
)
01
.
0
1
(
Ms
BCI
m
kg
D
B
-
=
100
)
(
3
BCI
å
D
=
pi
i
s
D
x
D
1
i
x
D
pi
D
RPR
LHV
M
R
crop
×
×
=
crop
M
LHV
RPR
HI
HI
RPR
-
=
1
HI
100
(%)
Ybio
Y
HI
res
=
res
Y
Ybio
c
m
0
m
0
c
m
cc
m
2
m