Aula 2-Composicaoquimicaimediata

Prévia do material em texto

Propriedades da biomassa para 
geração de energia 
Composição química imediata 
 
Prof. Juliana Ceccato Ferreira, 
 Mestranda em Bioenergia – UFPR 
Orientadora: Dra. Prof. Graciela Inês Bolzon de Muñiz 
Co-Orientadora: Dra. Prof. Martha Andréia Brand 
 
 
Análise química imediata 
• Processo simples e rápido  mais 
utilizado que a análise elementar; 
 
• Análise imediata de uma amostra de 
combustível  conteúdo, em 
percentagem de massa ou volume, de 
carbono fixo (C), voláteis (V), cinzas (A) e 
umidade (W). 
Análise química imediata 
•  Voláteis: extrativos e polissacarídeos 
(celulose e hemicelulose); 
•  Carbono fixo: lignina; 
•  Cinzas: compostos inorgânicos 
(sulfatos, fosfatos, oxalatos, carbonatos, 
silicatos) – análise 
 específica, que será 
 abordada em seguida 
 com as demais análises. 
 
Análise química imediata 
• Parâmetros relacionados diretamente com 
a utilização do combustível 
– Importantes  cálculo do projeto da 
fornalha e das quantidades necessárias de ar 
primário e secundário em função da 
percentagem de voláteis presentes no 
combustível. 
– Teor de voláteis  importante durante a 
ignição e nas etapas iniciais da combustão de 
combustíveis sólidos. 
Elementos 
• Conteúdo de voláteis  expressa a facilidade de 
se queimar um material e é determinado como a 
fração em massa do combustível que volatiliza 
durante o aquecimento de uma amostra 
padronizada, em atmosfera inerte, até a 
temperaturas de aproximadamente 850ºC, por 7 
minutos. 
• É a parte do combustível que se separa na forma 
de gases quando o combustível é submetido a 
um teste padrão de aquecimento. 
– Gases combustíveis (metano, monóxido de carbono, 
hidrogênio) e de gases não combustíveis. 
– Em toC ambiente alcatrão e ac. pirolenhoso. 
Elementos 
• Carbono fixo  É o resíduo combustível 
deixado após a liberação da matéria 
volátil; 
– Desconta-se também umidade e teor de 
cinzas. 
 
• Consiste principalmente de carbono, 
embora contenha ainda alguns elementos 
voláteis não liberados (O2, H2, N2, S). 
Voláteis x Carbono fixo 
• O teor de materiais voláteis e carbono fixo 
são inversamente proporcionais; 
• Materiais voláteis  parte do combustível 
que se evapora quando o mesmo é 
aquecido a elevadas temperaturas. 
– Com exceção do carvão (vegetal e mineral), 
todos os combustíveis (inclusive a madeira) 
sofrem volatilização da maior parte de seus 
componentes químicos antes de se 
queimarem; 
– Após a volatilização, tais constituintes, na 
forma gasosa, misturam-se com o oxigênio 
do ar ocorrendo as reações da combustão. 
Voláteis x Carbono fixo 
• Pelo índice percentual de material volátil, 
pode-se estimar o grau de combustão de 
um combustível 
– Altos índices de carbono fixo (baixo índice de 
voláteis)  queima mais lenta. 
  Requerem longo tempo de residência na 
fornalha para queima total quando 
comparadas com combustíveis que possuam 
baixo índice de carbono fixo. 
• A madeira apresenta índice de materiais 
voláteis em torno de 75 a 85% e índice de 
carbono fixo entre 15 a 25%. 
Composição química imediata de 
diferentes biomassas, na base seca 
Tipo de biomassa 
Composição imediata média (%) 
PCS 
(kcal/kg) Materiais 
voláteis (V) 
Cinzas 
(A) 
Carbono 
fixo (F) 
Madeira de coníferas 
(Gimnospermas) 
82,54 0,29 17,70 4700 
Madeira de folhosas (Angiospermas) 81,42 0,79 17,82 4600 
Casca de arroz 65,47 17,89 16,67 3850 
Bagaço de cana 73,78 11,89 14,95 4100 
Casca de coco 67,95 8,25 23,80 4500 
Sabugos de milho 80,10 1,36 18,54 4500 
Ramas de algodão 73,29 5,51 21,20 4370 
Cama de aviário 62,73 23,40 13,87 3550 
Capim-elefante 76,69 5,6 17,70 3600 
Casca de arroz 67,80 18,6 13,60 3700 
Fonte: Brand, 2010. 
Análise química imediata, poder calorífico e massa 
específica básica de diferentes biomassas, na base seca 
 
Análise química imediata de diferentes biomassas 
 
Fonte: Netto et al. (2012) 
Métodos de determinação 
• A análise termogravimétrica – TGA  processo 
contínuo que envolve a medida da variação de 
massa de uma amostra em função da 
temperatura, ou do tempo a uma temperatura 
constante. 
• A amostra pode ser aquecida ou resfriada, a uma 
taxa de velocidade selecionada ou ser mantida à 
temperatura constante. 
• Representada na forma gráfica  curva de 
decomposição térmica de um material. 
– Informações sobre o material e seus constituintes. 
 
Curva TGA 
 
TGA – Analisador termogravimétrico 
 
Métodos de determinação 
• Voláteis: Norma NBR 8112 (Carvão 
Vegetal – Análise Imediata 
– A) Cadinho seco por 1h – peso seco; 
– B)1 g de amostra seca (0% umidade); 
– C) Amostra + cadinho, tampado  mufla a 
850oC por 7 min. 
– D) Material restante após carbonização: C 
fixo e cinzas; 
– Voláteis= A + B - C 
 
Amostra absolutamente seca 
• %AS = PV/PS*100 
– %AS= Amostra absolutamente seca (%); 
– PV= Peso verde da amostra (g); 
– PS= Peso seco da amostra (g), a 
 103±2oC por 48h; 
 
• Ex= Para obter 1g de massa AS. 
PV=1g PS= 0,873g %AS= 0,873/1*100= 87,3% 
– Logo, necessitamos de 1, ? 
Métodos de determinação 
• Carbono fixo: NBR 8112 (Carvão Vegetal 
– Análise Imediata) 
– Cálculo por diferença com o teor de voláteis 
e teor de cinzas (base seca). 
 
Análise imediata 
• Polissacarídeos se degradam 
termicamente, com a geração de voláteis 
 (quebra das moléculas grandes em 
moléculas menores); 
• As ligação OH dos polissacarídeos são 
mais fáceis de quebrar do que a ligação 
que une as unidades de lignina; 
• A lignina tem uma resistência muito alta 
para a degradação térmica.