Aula 4-Densidade_Granulometria_Biodegradacao

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PROPRIEDADES DA BIOMASSA 
PARA A GERAÇÃO DE ENERGIA 
Prof. Juliana Ceccato Ferreira, 
 Mestranda em Bioenergia – UFPR 
Orientadora: Dra. Prof. Graciela Inês Bolzon de Muñiz 
Co-Orientadora: Dra. Prof. Martha Andréia Brand 
 
DENSIDADE – MASSA 
ESPECÍFICA 
 A condução dos povoamentos florestais destinados a 
fornecer material para os diferentes setores industriais só é 
possível através do controle da qualidade da madeira 
produzida, a qual é feita principalmente pela avaliação da 
massa específica básica (MEB) da madeira, que está 
diretamente correlacionada com o rendimento em peso, com 
as propriedades físico-mecânicas da madeira e com a 
composição celular 
 A MEB é uma característica complexa, resultante da 
interação de fatores físicos, químicos e anatômicos. Sofre 
variações em função da idade fisiológica da planta, 
procedência, local de origem, espaçamento, taxa de 
crescimento, entre gêneros, espécies, árvores da mesma 
espécie e dentro da mesma árvore no sentido base-topo e 
medula-casca 
 
ASPECTOS IMPORTANTES 
 Quantidade de massa contida em um 
determinado volume de material. 
 
 Usado em cálculos econômicos; 
 Custo de transporte  Para grande peso requer 
grande volume. 
 
 Material destinado à geração de energia: 
 Quanto maior a quantidade de massa por volume, 
menor o espaço disponível para o armazenamento de 
água. 
MÉTODO DE DETERMINAÇÃO 
 Método da balança gravimétrica, segundo a 
norma NBR 11941 da ABNT. 
 
 O método é gravimétrico (Método da Balança 
Hidrostática) e se baseia no deslocamento da água 
quando a amostra, completamente saturada é imersa 
na mesma. 
 Usado para madeira sólida ou cavaco. 
 
DETERMINAÇÃO DA MEB 
 
MEB= Ps/Vs 
 
 MEB= Massa específica básica (kg/m³); 
 Ps= peso absolutamente seco (0% u) do material 
(103oC) (kg); 
 Vs= Volume saturado do material (m³). 
 VARIAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA BÁSICA (MEB) DA MADEIRA 
AO LONGO DO TRONCO, PARA POVOAMENTOS DE PINUS TAEDA, 
COM 11, 24 E 32 ANOS DE IDADE. 
 
MASSA ESPECÍFICA BÁSICA (MEB) PARA CAVACOS DE 
DIFERENTES ESPÉCIES FLORESTAIS (g/cm³) 
 
MASSA ESPECÍFICA BÁSICA E PODER CALORÍFICO 
SUPERIOR DE ESPÉCIES FLORESTAIS 
Espécie PCS (kcal/kg) MEB (kg/m³) 
Brosimun rubescens (Pau-
marfim) 
4798 910 
Carapa guianensis Aubl. 
(Andiroba 
4633 430 
Cedrela odorata (Cedro) 4707 380 
Dipteryx odorata Willd. 
(Cumaru) 
4866 1080 
Luehea sp. (Açoita cavalo) 4836 719 
Eugenia sp. (Goiaba) 4599 707 
Fonte: Brand, 2010. 
MASSA ESPECÍFICA BÁSICA E PODER CALORÍFICO 
SUPERIOR DE ESPÉCIES FLORESTAIS 
Espécie PS (kcal/kg) MEB (kg/m³) 
Cavacos de casca de pinus 5116 260 
Cavacos de casca de eucalipto 4432 284 
Cavacos de pinus com casca 4806 307 
Cavacos de pinus sem casca 4766 314 
Cavacos de eucalipto com casca 4595 398 
Cavaco de eucalipto sem casca 4600 425 
Serragem de pinus 4772 185 
Fonte: Brand, 2010. 
VARIAÇÃO DA DENSIDADE BÁSCIA DOS RESÍDUOS DE 
MADEIRA DE PINUS AO LONGO DA PROFUNDIDADE, EM 
DIFERENTES PERÍODOS DE AMRAZENAMENTO 
Fonte: Brand et al. s.d. 
PODER CALORÍFICO VOLUMÉTRICO 
 MEB= kg/m³ 
 PCS= kcal/kg 
 
 Ex: 
3500 kcal ------- 1 kg 
450 kg ------- 1 m³ 
x kcal ------- 1m³ 
1575000 kcal (1575 Mcal/m³)---- 1 m³ 
Fonte: Brand, 2010. 
PCS volumétrico 
(kcal/m³) 
RELAÇÃO ENTRE MEB (kg/m³) E PCS VOLUMÉTRICO 
(Mcal/m³) DE CAVACOS DE PINUS E EUCALIPTO COM CASCA 
PCS vol. PCC (y = 4,9082x - 31,111)
R2 = 0,9891
PCS vol. ECC (y = 4,7225x - 50,459)
R2 = 0,9742
1000
1300
1600
1900
2200
2500
200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475
Massa específica básica (kg/m3)
Pod
er c
alo
rífi
co 
vol
um
étri
co 
(M
cal/
kg)
PCS volumétrico PCC PCS volumétrico ECC Linear (PCS volumétrico PCC) Linear (PCS volumétrico ECC)
Tipo de biomassa PCS 
(kcal/kg) 
MEB 
(kg/m³) 
PCS 
volumétrico 
(Mcal/m³) 
Cavaco de casca de pinus 5116 260 1329 
Cavaco de casca de eucalipto 4432 284 1260 
Cavaco de Pinus taeda com 
casca 
4806 307 1475 
Cavaco de Pinus taeda sem 
casca 
4766 314 1498 
Cavaco de Eucalyptus dunnii 
com casca 
4595 398 1830 
Cavaco de Eucalyptus dunnii 
sem casca 
4600 425 1953 
Fonte: Brand, 2010. 
MASSA ESPECÍFICA APARENTE 
 Influenciada pelo teor de umidade do material e 
granulometria 
 
 
 MEap= massa específica aparente em um dado teor de 
umidade (g/cm³); 
 Mu%= massa de biomassa em um dado teor de umidade (g); 
 Vu%= volume de biomassa em um dado teor de umidade (cm³). 
 
 Determinação  auxilia na seleção ideal da 
granulometria do cavaco a ser produzido, em caso de 
venda por tonelada ou metro cúbico. 
%
%
Vu
Mu
MEap 
RELAÇÃO ENTRE TEOR DE UMIDADE E MASSA 
ESPECÍFICA APARENTE PARA DIFERENTES BIOMASSAS 
Tipo de biomassa ME aparente 
(kg/m³) 
TU na base verde 
(%) 
Cavaco de eucalipto 
com casca 
301 42 
Cavaco de pinus com 
casca 
319 58 
Serragem de pinus 323 56 
Bagaço de cana-de-
açúcar 
200 50 
Fonte: Brand, 2010. 
DENSIDADE A GRANEL 
3 2 1 3 2 1 
Velocidades de corte do picador 
  1- 10 m/s 
 2- 25,5 m/s 
 3- 45 m/s 
DENSIDADE A GRANEL 
 
BIODEGRADAÇÃO 
 Processo que causa a perda de material na 
biomassa. 
 Decomposição causada por micro-organismos e 
processos de oxidação química. 
 Os agentes físicos e químicos atuam em conjunto com 
os biológicos na madeira, acelerando o processo de 
deterioração. 
 Destes agentes, os biológicos são os de maior 
importância, sendo os fungos os responsáveis pela 
maior proporção de danos causados à madeira, uma 
vez que eles ocorrem com maior freqüência neste tipo 
de material. 
ARMAZENAMENTO DO MATERIAL EM 
PILHAS 
Aumento do aquecimento interno da pilha, 
liberação de CO2 e H2O 
 
Degradação física e química 
 Oxidação de ácidos graxos voláteis; 
 Oxidação da celulose e lignina. 
 
 
 
 
 
Ataque por micro-organismos 
Deterioração física: 
Mudanças de cor, 
Aspereza superficial, 
Rachaduras, 
Fissuras. 
Deterioração química: 
 Sequência de reações de radicais 
livres, 
Quebra da estrutura da lignina, 
Mudanças de cor. 
BIODEGRADAÇÃO – ATAQUE POR AGENTES FÚNGICOS 
 Os fungos são os agentes biológicos que atacam a 
madeira em maiores proporções, pois ocorrem em 
praticamente quase todos os nichos ecológicos 
onde a madeira é utilizada. 
 
 Fungos  produtores de esporos que agem na 
colonização do material. 
 Alta taxa de reprodução  possíveis reações 
alérgicas. 
 
 
BIODEGRADAÇÃO – ATAQUE POR AGENTES FÚNGICOS 
Estocagem de material: 
 Fonte de alimento – Matéria orgânica – 
lignina, celulose, hemicelulose, extrativos 
(fenólicos, acúcares, amido); 
 Temperatura – 24-32oC; 
 pH – 4,5 a 5,5; 
 Oxigênio; 
 Teor de umidade – de 20 a 80%. 
 
 
BIODEGRADAÇÃO – ATAQUE POR AGENTES FÚNGICOS 
 Nível de biodegradação por ataque fúngico 
 Superficial: uso dos açúcares livres presentes na 
madeira 
 Fungos emboloradores ou manchadores. 
 
 Ação destrutiva: uso dos constituintes químicos 
estruturais (celulose e polioses) e sub-estruturais 
(lignina). 
 
 
 
BIODEGRADAÇÃO – ATAQUE POR 
AGENTES FÚNGICOS 
 
 Podridão branca 
 O fungo da podridão branca concentra o seu ataque 
na lignina do interior da célula e tem o efeito de 
desintegrar os componentes da madeira. A podridão 
branca normalmente deixa as fibras da madeiracom 
a aparência de filamentos esbranquiçados. 
 Lignina – amarelo claro a marrom escuro. 
 Celulose – branca. 
BIODEGRADAÇÃO – ATAQUE POR AGENTES FÚNGICOS 
 Podridão parda e podridão mole – Consumo de 
celulose e hemicelulose e permanência da lignina. 
 
 Aumento do teor de lignina  aumento no PCS 
 Aumento do teor de cinzas  redução do PCS 
 Podridão parda Podridão mole 
DANOS DA BIODEGRADAÇÃO 
Decomposição da madeira  mudança nas 
proporções de constituintes  redução da 
qualidade do material para geração de 
energia. 
 
 Afeta a massa específica do material; 
 Poder calorífico superior e líquido; 
 Nível de eficiência de queima. 
 
ANÁLISE - SOLUBILIDADE DA MADEIRA EM 
HIDRÓXIDO DE SÓDIO A 1% 
 A solução de álcali aquecido (NaOH a 1%) extrai 
carboidratos de baixo peso molecular, 
constituídos basicamente de polioses e celulose 
degradada. 
 
 A solubilidade da madeira pode indicar o grau de 
degradação por fungos, calor, luz, oxidação, entre 
outros, sendo que na madeira degradada, a 
porcentagem de materiais solúveis em álcali 
aumenta. 
 
ANÁLISE - SOLUBILIDADE DA MADEIRA EM 
HIDRÓXIDO DE SÓDIO A 1% 
 Adicionar 2,00±0,1 mg de amostra 
absolutamente seco + 100 ml de NaOH em 
bequer de 500 ml. 
 Bequer tampado em banho-maria por 1h, 
agitando o conteúdo do bequer após 10, 15, 25 
minutos do início. 
 Transferir o conteúdo do bequer para um cadinho 
filtrante, com peso previamente definido. 
 Lavagem com água destilada quente, 50 ml de 
ácido acético a 10% e água destilada quente. 
 Segagem do cadinho com o material em estufa a 
103 ± 2oC, por 48 h. 
ANÁLISE - SOLUBILIDADE DA MADEIRA EM 
HIDRÓXIDO DE SÓDIO A 1% 
 Porcentagem de produtos solubilizados: 
 
%E= (P-P’)/P x 100 
 
 E= Porcentagem de produtos solubilizados (%); 
 P= Peso inicial da amostra A.S. (mg); 
 P’= Peso da amostra após o ensaio (mg). 
 
 Ensaios em duplicata: variação inferior a 5%. 
VARIAÇÃO DA SOLUBILIDADE EM HIDRÓXIDO DE SÓDIO DOS 
RESÍDUOS DE MADEIRA AO LONGO DA PROFUNDIDADE, EM 
DIFERENTES PERÍODOS DE AMRAZENAMENTO 
Fonte: Brand et al., s.d. 
ALTERNATIVAS PREVENTIVAS 
 Controle de umas das variáveis necessárias ao 
desenvolvimento dos fungos. 
 
 Necessidade de análise de viabilidade econômica 
para determinadas medidas. 
 Redução da temperatura; 
 Redução do teor de umidade; 
 Eliminação do oxigênio; 
 Alteração do pH; 
 Aplicação de substâncias tóxicas. 
 
 
GRANULOMETRIA 
 Para materiais com dimensões geométricas 
variadas, de difícil determinação do volume 
através de medição simples. 
 
 Fundamental no uso energético da biomassa 
 Densidade; 
 Ocorrência de biodegradação; 
 Tipo de grelha; 
 Velocidade de queima; 
 Armazenamento e manuseio. 
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA 
 
 
 
 
 Cubo maior (a)  cada lado possui 64 cm de área superficial. 
O cubo tem seis lados, com área superficial total de 384 cm² (6 
lados x 64 cm). 
 Cubo menor  divisão do mesmo cubo em cubos menores (b) 
 cada um com 2 cm de lado  representado por 64 cubos 
pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubo pequeno tem 4 cm² (2 x 
2) de área superficial, resultando em 24 cm² de área 
superficial (6 lados x 4 cm). Logo, possui área superficial total 
de 1536 cm² (24 cm x 64 cubos). 
 A área superficial do cubo B é quatro vezes maior do que a do 
cubo A. 
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA 
 A superfície específica é definida como a área 
superficial de uma unidade de peso comumente 
expressada em unidades de cm²/g e m²/kg. 
 
 A área superficial de interesse neste caso é 
exclusivamente composta pela soma das áreas 
superficiais externas de cada partícula. 
 
 Influenciada por 
 Tamanho da partícula  afeta atrito, adsorção, tensão 
superficial; 
 Forma da partícula; 
 Natureza da partícula: ↑ASE, ↑decomposição 
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA 
 Quanto menor as partículas 
 Maior será a superfície específica exposta; 
 Maior é a taxa de aquecimento interno; 
 Maior a facilidade de ignição; 
 Mais rápido é o processo de queima da biomassa; 
 Necessidade de alimentação contínua da caldeira; 
 Possível perda de temperatura no final do processo de 
queima. 
DIMENSÕES DAS PARTÍCULAS 
Dimensões das partículas 
A partir de 12,5 mm até 
acima de 50 mm 
Cavaco 
Entre 0,85 e 12,4 mm Serragem 
Abaixo de 0,85 mm Pó 
Fonte: Brand, 2010. 
DIMENSÕES DAS PARTÍCULAS 
 
CAVACOS PARA ENERGIA 
 Cavaco de madeira  pequenos pedaços de 
madeira oriundos da picagem, com um 
comprimento variável entre 5 e 50mm, contendo 
ainda partículas mais longas e uma razoável 
percentagem de finos. 
 
 A qualidade do cavaco depende da matéria-prima 
e da tecnologia utilizada na sua produção. É 
comum encontrar três tipos diferentes de cavacos 
de madeira. 
CAVACOS PARA ENERGIA 
 Cavacos de resíduos da floresta  com valor comercial reduzido. 
Contém uma percentagem de umidade na ordem dos 50%, o seu 
tamanho varia desde partículas de pó até cavaco e contêm casca e 
folhas. Combustível adequado para as caldeiras que se encontram 
nas grandes centrais de produção de calor ou de produção de 
energia elétrica, como Centrais Termoeléctricas a Resíduos 
Florestais. 
 
 
 
 
CAVACOS PARA ENERGIA 
 Cavacos produzidos nas serrarias  porcentagem de 
umidade entre 40-50%, que é usada, por exemplo, na 
indústria de pasta e papel ou no fabrico de aglomerados e 
outros painéis. 
 Cavaco com melhores propriedades de combustão, mas é 
ainda muito úmida para as caldeiras pequenas, a não ser 
que seja seca antes de picada. 
CAVACOS PARA ENERGIA 
 Cavacos provenientes de cortes de árvores, sem ramos e 
folhas, deixada secar por aproximadamente 4-6 meses 
antes do seu destroçamento ou picagem. 
 Este cavaco contém cerca de 30% de umidade e deve ser 
uniforme em qualidade e tamanho. Este combustível é 
adequado para as caldeiras instaladas em edifícios 
residenciais ou de serviços. Neste caso, os pedaços de 
madeira de maior dimensão podem causar problemas 
operacionais, devendo ser removidos durante a produção. 
 
 
 
GRANULOMETRIA RECOMENDADA PARA 
TIPOS DE GRELHA 
Tipo de leito para combustão 
da biomassa 
Granulometria recomendada 
(mm) 
Leito em movimento 50-100 
Queima em suspensão < 6,0-7,0 
Leito fluidizado borbulhante 20-30 
Leito fluidizado circulante < 6,0-7,0 
Fonte: Brand, 2010. 
METODOLOGIA 
 Classificação das peneiras 
Posição da peneira 
no agitador 
Abertura da tela 
(mm) 
ASTM 
Topo do agitador 50,00 2” 
37,50 1.1/2” 
25,00 1” 
12,50 ½” 
6,30 ¼” 
3,35 6 
Base do agitador 
(panela fechada) 
Abaixo de 3,35 - 
Fonte: Brand, 2010. 
METODOLOGIA 
 Classificação das peneiras 
Posição da peneira 
no agitador 
Abertura da tela 
(mm) 
ASTM 
Topo do agitador 3,35 6 
2,00 10 
0,85 20 
0,60 30 
0,425 40 
0,25 60 
Base do agitador 
(panela fechada) 
Abaixo de 0,25 - 
Fonte: Brand, 2010. 
METODOLOGIA 
 Pegasem das peneiras vazias - Ppeneira; 
 Montagem das peneiras sobre o agitador; 
 Preenchimento com material sobre a primeira 
peneira  não totalmente cheia. 
 Ligar agitador – agitação máxima – 10 min. 
 Pesar cada peneira com o material - Ppeneira+material; 
 
 
Amostra P 6 P 10 P 20 P 30 P 40 P 60 Base Σpeso (g) 
Peso vazio (g) -- 
1 
2 
3 
METODOLOGIA 
 Cálculo para granulometria (%) por peneira 
 
 Peso de material= (Ppeneira+material)-Ppeneira Granulometria (%)= Pmaterial/ΣP * 100 
DISTRIBUIÇÃO PERCENTUAL DA GRANULOMETRIA EM 
RELAÇÃO AO TEMPO DE ARMAZENAMENTO PARA MATERIAL 
COM PREDOMINÂNCIA DE CAVACOS 
Fonte: Brand et al. s.d.