Aula 02-1 - Bio-E (H-Tec)

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BIOMASSA E BIOENERGIA
Professora: MARIA VALDEREZ PONTE ROCHA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QÚÍMICA
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
AVISO
DIREITO AUTORAL 
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1998, este material está protegido pelas leis de 
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ROTA DE UTILIZAÇÃO DA 
BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Biomassa in natura como Combustível
A COMBUSTÃO é a transformação da energia química dos combustíveis em
calor, por meio das reações com o oxigênio liberando energia térmica. Para
fins energéticos, a combustão direta ocorre essencialmente em fogões,
fornos e caldeiras (de produção de vapor). Este processo apresenta-se
muito pouco eficiente.
Fonte da imagem: https://www.todamateria.com.br/biomassa/
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Forma in natura
Forma Adensada
Características da Biomassa utilizada para Combustão 
Direta
Biomassa (residual) sem tratamento prévio
na forma de lenha, palha, palhiço, grãos,
cascas, bagaço e etc.
Biomassa (residual) física e mecanicamente
pré-tratada na forma compacta de cápsulas,
peletes e briquetes.
USO DA BIOMASSA in natura
As tecnologias de briquetagem e de peletização são capazes de transformar a biomassa
na sua forma moída em blocos compactos com diversas dimensões e prontos para a
queima em fornos, caldeiras, lareiras e fogões.
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Densidade de 650-1200 kg/m3, diâmetro de 
(aprox.) 60 mm e comprimento de 25 a 300 mm. 
Briquetes Péletes
Densidade de 650-700 kg/m3, diâmetro entre 6 e 16 
mm, comprimento de 25 a 30 mm.
USO DA BIOMASSA DENSADA: Aumento da concentração energética,
uniformidade de tamanho e formato, facilidade de armazenamento,
segurança contra incêndios e agregação de valor à biomassa residual.
USO DA BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Produção de Briquetes e Péletes de BiomassaUSO DA BIOMASSA in natura
Fonte: Material didático do Prof. André Casimiro de Macedo
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
BASE COMPOSICIONAL DOS COMBUSTÍVEIS
C Teor de Carbono
H Teor de Hidrogênio
O Teor de Oxigênio
S Teor de Enxofre
W Teor de Umidade
N Teor de Nitrogênio
A Teor de Cinzas
Vide: Bicombustíveis (vol.1, Capítulo 2): Biomassa in natura: Combustão e Acionadores
Primários.
USO DA BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Análise Termogravimétrica 
Típica para Biomassa
USO DA BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
 Umidade
 Voláteis
 Coque

Cinzas
Admissão 
de Ar
USO DA BIOMASSA in natura
Análise Termogravimétrica 
Típica para Biomassa
RECORDADO DO PODER CALORÍFICO DA BIOMASSA
Definição Global
Poder calorífico é a quantidade de Energia liberada por um material em sua
combustão completa. Quando ocorre combustão completa de uma unidade de
combustível este libera energia térmica e é geralmente medido em termos da energia
por conteúdo por unidade de massa ou volume (MJ/kg para sólidos, MJ/L para
líquidos ou Mj/Nm3 para gases). De uma maneira geral, essa propriedade depende
da composição da biomassa e do seu grau de umidade.
Poder Calorífico Superior (PCS) Poder Calorífico Inferior (PCI)
Poder Calorífico Superior (PCS)
representa o calor liberado, ou seja, a
quantidade máxima de energia que
pode ser obtida da transferência de
calor do combustível. água presente nos
gases de combustão é condensado.
Poder Calorífico Inferior (PCI) aponta a
quantidade de calor liberado durante a
combustão sendo que a água está no
estado de vapor. Não considera que o
vapor d’água presente nos gases de
combustão é condensado.
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Biomassa: Poder Calorífico Superior e Inferior
WALDIR F. QUIRINO, W.F; VALE, A.T.; ANDRADE, A.P.A, ABREU, V. L.
S., AZEVEDO, A. C. S., PODER CALORÍFICO DA MADEIRA E DE
MATERIAIS LIGNO-CELULÓSICOS. Revista da Madeira nº 89 abril 2005
pag 100-106.
VIEIRA, A. C., Caracterização da biomassa proveniente de resíduos
agrícolas para geração de energia. Dissertação de Mestrado—
UNIOESTE, Cascavel, PR, 2012.
Fontes
USO DA BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Biomassa: Correlação entre Poder Calorífico e Composição
USO DA BIOMASSA in natura 
COMBUSTÃO DA BIOMASSA
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Reação de Combustão usando AR
CO2+ SO2+ H2O
BIOMASSA + AR
Produtos da oxidação completa, CO2, SO2 e H2O.
Uma vez que o teor de enxofre na biomassa é
geralmente baixo, a percentagem de SO2 é quase
insignificante.
N2+ O2
Excesso de ar (N2 + O2) e, eventualmente,
combustível e umidade do ar.
CO+ H2+ CH4+ Fuligem
Produtos gasosos (CO, H2 e CH4) e, na combustão incompleta, produtos sólidos
(fuligem).
Cinzas
Fração de biomassa não-combustível
(cinzas).
USO DA BIOMASSA in natura
MADEIRA: CH1,7O0,7 + (N.S) + H2O
Secagem
Ar primário (O2 + N2) 
Gaseficação
H2O + HC + CO + H2
Ar secundário
Oxidação
Produtos desejados: CO2 + H2O 
Produtos não desejados: NOx
CALOR
H2O
CO + HC
CO2 + Nox
H2O + N2
Combustão Completa
CINZAS
Combustão Incompleta
Reação de Combustão Usando AR
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AR PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO EM PROCESSOS DE COMBUSTÃO
Fluxo de ar na
Combustão: dividido em
duas partes, o ar primário
que é utilizado para a
combustão do coque e
o ar secundário
utilizado para a
combustão de voláteis.
Fonte: Material didático do Prof. André Casimiro de Macedo
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Coeficiente de Excesso de Ar
1k
g 
de
 B
io
m
as
sa
Combustão Estequiométrica
+
+
Combustão Real
ma
o
ma
mg
o
mg
Volume de gases gerados
pela combustão completa de
1 kg de combustível.
(Condições Padrão, T e P).
Vg
o
Vg
𝛼𝛼 =
𝑉𝑉𝑎𝑎
𝑉𝑉𝑎𝑎𝑜𝑜
=
𝑚𝑚𝑎𝑎
𝑚𝑚𝑎𝑎
𝑜𝑜
É interessante observar que há um valor ótimo para
este coeficiente, o qual está associado com à máxima
eficiência do sistema de combustão (αopt). O valor
desejável para o coeficiente de excesso depende do
combustível e do sistema de combustão.
Va
o
Va
USO DA BIOMASSA in natura
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COEFICIENTE DE EXCESSO DE AR
𝛼𝛼 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜
𝜶𝜶 > 𝜶𝜶 𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐
𝜶𝜶Quentes
Gases de combustão
passam por um
trocador de calor que
aquece o ar ambiente e
assim são insuflados na
aplicação final.
\
Gases 
Quentes
\
Ar
 N
at
ur
al
Ar
 N
at
ur
al
USO DE BIOMASSA in natura
Fonte: Material didático do Prof. André 
Casimiro de Macedo
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Os sistemas de combustão com fornos de celulares ❶ estão sendo progressivamente retirados, por
causa de sua baixa eficiência, que é uma consequência do elevado excesso de ar que eles necessitam.
Em aplicações de média capacidade, fornos de grelha inclinadas ❸ com inclinações entre 37 e 55o
parecem ser mais interessantes, pois permitem a utilização de ar pré-aquecido a níveis de temperatura
que são superiores a 300 °C, o que ajuda a melhorar significativamente as condições de combustão.
❶ ❷ ❸
USO DA BIOMASSA in natura: Sistemas de Combustão de Biomassa
Fonte: Material didático do Prof. André 
Casimiro de Macedo
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Sistemas de Combustão de Biomassa
Sistemas de combustão em Suspensão são adotados para capacidades elevadas e sempre que a
biomassa está disponível em partículas cujo tamanhos são menores que 10 mm, o que é o caso de
bagaço e serragem.
Fonte: Material didático do Prof. André 
Casimiro de Macedo
USO DE BIOMASSA in natura:
CALDEIRAS: GERAÇÃO DE VAPOR 
PELA COMBUSTÃO DA BIOMASSA
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Sistemas Genéricos de Troca Térmica pela Combustão de Biomassa
USO DE BIOMASSA in natura
Fonte: Funcionamento de caldeiras, 
Operações Unitárias III
USO DE BIOMASSA in natura
Fonte da Imagem: http://www.phsdamata.com.br/bio/
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
100 200 300
Baixa e Média
221 bar
Ultra-Super-Crítica
>280 bar
Pressão, Bar
Aparelhos térmicos 
destinados a 
produzir e acumular 
vapor sobre pressão 
superior a 
atmosférica, 
utilizando para isso 
qualquer fonte de 
energia.
OPERAÇÃO
GERADORES DE VAPOR: CALDEIRAS
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CALDEIRAS: Eficiência e Perdas 
Considerando situações extremas, a eficiência
de geradores de vapor bem projetados e
bem-operados normalmente varia entre 65 e
85% para os sistemas de pequeno porte com
capacidade de grande geração,
respectivamente.
 Causadas por combustão incompleta;
 Causadas por remoção de Calor para arredores
(paredes da caldeira);
 Devido à alta temperatura de remoção de cinzas
e gases de escape.
Contabilização de PerdasEficiência
USO DE BIOMASSA in natura
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
USO DE BIOMASSA in natura
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Turbinas a 
Vapor
USO DE BIOMASSA in natura
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https://www.youtube.com/watch?v=jXf46gfFy48&t=41s
https://www.youtube.com/shorts/z6E7KOby0NY
https://www.youtube.com/watch?v=weoGi_gqK_w
TURBINAS A VAPOR, CICLO RANKINE, GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, CALDEIRAS
https://www.youtube.com/watch?v=LMJhKBJC09Q
Funcionamiento de una caldera de Biomasa con lecho fluidificado
VIDEOS
USO DE BIOMASSA in natura
OBRIGADO!
valderez.rocha@ufc.br
valponterocha@yahoo.com.br 
Universidade Federal do Ceará
Campus do Pici, Bloco 709
Departamento de Engenharia Quuímica 
60455760 , Fortaleza -CE
	BIOMASSA E BIOENERGIA
	AVISO
	ROTA DE UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA in natura
	Biomassa in natura como Combustível
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	Número do slide 11
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura 
	COMBUSTÃO DA BIOMASSA
	USO DA BIOMASSA in natura
	Número do slide 16
	Número do slide 17
	USO DA BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura
	Número do slide 20
	FORNALHAS: GERAÇÃO DE GASES QUENTES
	USO DE BIOMASSA in natura
	USO DA BIOMASSA in natura: Sistemas de Combustão de Biomassa�
	USO DE BIOMASSA in natura:
	Número do slide 25
	USO DE BIOMASSA in natura�
	Número do slide 27
	GERADORES DE VAPOR: CALDEIRAS�
	USO DE BIOMASSA in natura
	USO DE BIOMASSA in natura
	USO DE BIOMASSA in natura
	USO DE BIOMASSA in natura
	OBRIGADO!