Energia de Biomassa Florestal Composição química elementar Preparo do material para análise química elementar - Iii - 2017

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19/06/2017
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Unidade III
Propriedades da Madeira para Energia
Prof. Adriano Reis Prazeres Mascarenhas
Energia de Biomassa Florestal
Fundação Universidade Federal de Rondônia
Bacharelado em Engenharia Florestal Composição química da biomassa
Composição química elementar
• Constitui a base para a análise dos processos de combustão.
• Cálculo do volume de ar necessário para a combustão, quantidade e
tipos de gases gerados e da sua entalpia.
• Determinar o poder calorífico do combustível.
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Principais determinações
– Percentual em massa dos principais elementos que constituem a biomassa,
referido a matéria seca.
– Teores de hidrogênio (C).
– Teores de hidrogênio (H).
– Teores de enxofre (S).
– Teores de oxigênio (O).
– Teores de nitrogênio (N).
– Umidade.
– Teor de cinzas.
A composição química elementar constitui a base dos cálculos de combustão.
Elementos químicos na biomassa responsáveis pela liberação 
de energia.
Elementos químicos não combustíveis.
CinzasUmidade
Oxigênio e Nitrogênio
CH
S
Principais determinações
• Celulose: monômeros de glucose
– Análise elementar da molécula de β-D-glucose
PCS= -8419,7 + 479,3*(%C) + 667,6*(%H) + 58,8*(%O) – 1207,7*(%S)
PCS= kJ/kg
1 kcal= 4,18 kJ
Composição química elementar
Preparo geral
– Picagem do material – cavacos.
– Amostragem e determinação do peso verde (PV).
– Armazenagem em câmara climatizada, com temperatura de 22oC e
umidade relativa de 65% por, no mínimo, 15 dias.
– Umidade da madeira em torno de 12%
Preparo do material para análise
química elementar
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Preparo para análises químicas
– Moagem;
– Peneiramento – material entre peneiras de 40 e 60 mesh (abertura de 
0,42 e 0,25 mm).
Preparo do material para análise
química elementar
Preparo do material para análise
química elementar
Analisador elementar – cromatógrafo
Métodos de análise química elementar
Cromatografia
– Combustão completa de uma amostra de massa conhecida de material
orgânico, que contenha principalmente C, H, N, S e O.
– Análise dos gases resultantes do processo de combustão > CO2, H2O, NOx
e SO2.
Métodos de análise química elementar
Cromatografia
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– O conhecimento do peso inicial da amostra e a análise qualitativa e
quantitativa dos gases produzidos.
– Dessa forma é possível determinar a composição percentual em massa dos
elementos analisados.
Métodos de análise química elementar
Cromatografia Normas ASTM D-3176 [76] e ASTM E 777, E 775 e E 778.
• Análises elementares (C, H, N, S e Cl)
• A fração de oxigênio = determinada por diferença.
• Após análise elementar = resíduo também é considerado.
Métodos de análise química elementar
Normas ASTM D-3176 [76] e ASTM E 777, E 775 e E 778.
• Porém, raramente a porção deste resíduo se iguala à concentração de
cinzas determinada pela análise imediata.
• Devido a pequenos erros de diferença de técnicas.
Métodos de análise química elementar
Espectrofotômetro
– Seleciona-se o comprimento de onda da radiação adequado à
análise de um determinado componente.
– Se estabelece a faixa do branco e, com base nesta e nas faixas
padrão, define o comprimento de onda da análise.
Métodos de análise química elementar
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Métodos de análise química elementar
Espectrofotômetro Espectrofotômetro
– Determina-se a concentração de uma espécie em solução a partir do
gráfico da variação de absorbância (ou transmitância) em função da
concentração de várias soluções-padrão.
Métodos de análise química elementar
Métodos de análise química elementar
Espectrofotômetro
Métodos de análise química elementar
Espectrofotômetro
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Métodos de análise química elementar
Espectrofotômetro
Composição química elementar da madeira de
diversas espécies, de coníferas e folhosas
Elemento Coníferas
(%)
Folhosas
(%)
Média (%)
Carbono (C) 50-54 49-50 49-50
Hidrogênio (H) 5,8-6,3 5,8-6,2 6
Oxigênio (O) 40-44,4 41-44 43-44
Nitrogênio (N) 0,2-0,5 0,2-0,5 0,3%
Fonte: Silva et al. (2012)
Composição química elementar
Composição química elementar da biomassa
Composição elementar (%), em base seca
Biomassa C H O N S Cinzas
Pinus 49.25 5,99 44,36 0,06 0,03 0,3
Eucalipto 49,00 5,87 43,97 0,03 0,01 0,72
Casca de arroz 40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 18,34
Bagaço de cana 44,80 5,35 39,55 0,38 0,01 9,79
Casca de côco 48,23 5,23 33,19 2,98 0,12 10,25
Sabugo de milho 46,58 5,87 45,46 0,47 0,01 1,40
Ramas de algodão 47,05 5,35 40,77 0,65 0,21 5,89
Fonte: Jenkis (1990).
Composição química elementar
Composição química elementar da lignina
Espécie de 
madeira
Carbono (C)
(%)
Hidrogênio (H)
(%)
Oxigênio (O)
(%)
Coníferas 63-67 5-6 27-32
Folhosas 59-60 6-8 33-34
Fonte: Silva et al. (2012)
Composição química elementar
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• Quanto maior a concentração de O na composição do material
em relação à concentração de C, menor é a liberação de energia;
• Maior liberação de energia  Hidrocarbonetos;
• Lignina possui maior concentração de C que os polissacarídeos.
• Logo libera maior quantidade de energia.
Composição química elementar
Água de capilaridade (água livre)
Localizada nos vasos, canais e lúmem das células. 
Teoricamente este tipo de água pode ser facilmente retirada.
A água passa de uma célula para outra até atingir a superfície externa da
madeira.
Teor de Umidade
Água de adesão ou higroscópica
– Localizada no interior das paredes celulares.
– Este tipo de água mantém-se unida às microfibrilas das paredes das 
células em estado de vapor.
– A retirada deste tipo de água é mais difícil e o processo geralmente é 
mais lento sendo necessário a utilização de energia neste processo.
Teor de Umidade
Água de constituição
– Se encontra quimicamente combinada com as substâncias da parede
celular, ou seja, é a água que faz parte da “substância química da
madeira”.
– A água de constituição não é realmente água até que o material celulósico
seja aquecido em condições drásticas, onde degradações térmicas
ocorram, resultando na quebra de grupos hidroxílicos para formar água.
Teor de Umidade
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Água livre e
higroscópica
Teor de Umidade
– Cadeias de do polímero de celulose se unem lateralmente através de 
pontes de H entre as oxidrilas (OH)
Teor de Umidade
MICROFIBRILA DE CELULOSE
Teor de Umidade
O teor de água medido representa a água que reside no
combustível e que varia conforme a umidade relativa do ar
(condição de equilíbrio).
Água de composição química do combustível (que faz parte das
moléculas dos seus constituintes) e água adquirida pela exposição a
umidade não são incluídas nesta umidade.
Teor de Umidade
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Movimento da água capilar
Quando a madeira verde começa a secar, a evaporação da água à superfície da
madeira cria forças de capilaridade que puxam a água livre das zonas mais
internas, fazendo fluir a água para a superfície da madeira.
Teor de Umidade Teor de Umidade
Movimento da água de impregnação
A secagem da madeira abaixo do PSF é considerada como um processo
de pura difusão.
As moléculas de água movem-se através da parede celular por um
gradiente de umidade, através da cavidade celular por um gradiente de
pressão de vapor, e novamente através da parede celular mais seca por
um gradiente de umidade, e assim sucessivamente, até atingir a superfície
da madeira.
Teor de Umidade Teor de Umidade
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 Teor de Umidade base seca (TUbs)
Pode ser > 100%.
 Teor de Umidade base úmida (TUbu)
Varia de 0 a 100%.
Teor de Umidade
Teor de Umidade Base Seca (TUbs)
Teor de Umidade Base Seca é a razão entre massa da água e o peso da 
matéria seca;
Geralmente é dado empercentual (Peso da água / peso da madeira 
seca).
Teor de Umidade
 Desconsidera-se o teor de umidade presente na composição do
combustível (em massa ou volume).
 Análise elementar: %C + %H + %O + %N + %S + %cinzas = 100%
 Análise imediata: %carbono fixo + %cinzas +%voláteis = 100%
Teor de Umidade
��
�� � 
�����
��
���
Teor de Umidade Base Seca
Onde:
TUbs = teor de umidade base seca (%);
Ma = massa atual ou corrente (g);
Ms = massa seca (g).
Variações da fórmula
MU = MS (1+TUBS) 
MS = MU/(1+TUBS) 
Variações da fórmula
MU = MS (1+TUBS) 
MS = MU/(1+TUBS) Escala:
Podem ser > 100%
Escala:
Podem ser > 100%
Onde:
TUbs = teor de umidade base seca 
(Decimal);
Mu = massa úmida (g);
Ms = massa seca (g).
Teor de Umidade
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Teor de Umidade Base Úmida (TUbu)
É a razão entre a massa da água presente na peça e o peso total da 
peça.
Teor de Umidade
Teor de Umidade Base Úmida
��
�� � 
�����
��
���
Variações da fórmula
MS = Ma (1+TUBU) 
Ma =MS /(1+TUBU) 
Variações da fórmula
MS = Ma (1+TUBU) 
Ma =MS /(1+TUBU) 
Escala:
0 a 100%
Escala:
0 a 100%
Onde:
TUbu = teor de umidade base úmida 
(Decimal);
Ma = massa atual ou corrente (g);
Ms = massa seca (g).
Onde:
TUbu = teor de umidade base úmida (%);
Ma = massa atual ou corrente (g);
Ms = massa seca (g).
Teor de Umidade
Base úmida
– Inclui o teor de umidade presente na composição do combustível (em massa
ou volume).
– Análise elementar: %C+%H+%O+%N+%S+%cinzas+%umidade = 100%
– Análise imediata: %carbono fixo + %cinzas +%voláteis + %umidade = 100%
Teor de Umidade
– Para a análise do teor de umidade da biomassa, o ideal é utilizar a equação na
base úmida, pois expressa a quantidade de água no peso total da amostra que
será utilizada para a geração de energia.
Teor de Umidade
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– No caso da base seca, o interesse está em definir o valor total de massa,
logo desconsida-se o peso da água.
– Já na base úmida se considera o peso da água, pois não tem como excluí-lo no
precesso de queima da biomassa.
– Relação inversamente proporcional com o poder calorífico líquido.
Teor de Umidade
 y= teor de umidade na base úmida (%);
 x= teor de umidade na base seca (%). Fonte: Brand, (2010)
Base seca x Base úmida
Umidade da madeira recém cortada
– Varia de 35% até 200% (na base seca).
– A madeira verde tem acima de 40% de umidade, sendo que quando estocada a 
sua umidade se reduz para 20% ou menos (na base verde).
– Madeiras de espécies do gênero pinus, podem apresentar de 450 a 700 Kg de 
água por metro cúbico de madeira, isto é, 50 a 60% do peso inicial da madeira 
mais água (Base verde).
• A madeira antes de ser carbonizada precisa sofrer secagem.
• O processo de secagem consome muita energia, que é fornecida por parte da
queima da lenha dentro do forno, ou da câmara de combustão externa, a depender
do modelo do forno.
• Quanto mais úmida a madeira maior será a energia necessária para secá-la.
Teor de Umidade
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Metodologia de determinação do teor 
de umidade
Norma NBR 14660.
a)Secar um becker por 1h a 103±2oC, deixar esfriar no dessecador e pesar –
Pbecker (g);
b)Pesar uma amostra (2/3 do becker) no becker e secar em estufa por 48h a
103±2oC – Pverde (g);
c) Deixar esfriar no dessecador e pesar – Pseco+becker (g);
d) Determinação do peso seco da amostra (g): Pseco= Pseco+becker – Pbecker  3
repetições
Metodologia de determinação do teor 
de umidade
Problemas da umidade na biomassa
– Redução do poder calorífico líquido;
– Maior emissão de particulados junto aos gases produzidos na queima;
– Danos nas caldeiras, associados à corrosão das paredes, devido à emissão de
particulados;
– Aumento do consumo de combustível;
– Maior custo de transporte.
DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE (TU) DE DIFERENTES MATERIAIS 
PROCESSADOS NAS FLORESTAS, INDÚSTRIA E EMPRESA TERCEIRIZADA
TU (%)
Local Material/Mês Julho Agosto Setembro Outubro
Fazenda São Pedro II Cavaco sujo 50 Aa 46 Ab - -
Fazenda Boa Vista II Cavaco sujo 41 Ab - 26 Bb 30 Bc
Fazenda CerroAzul Cavaco sujo - 39 Ac - 37 Ab
Indústria Serragem - 48 Ab 49 Aa 47 Aa
Indústria Cavaco limpo - 44 Ab 47 Aa 38 Bb
Empresa terceirizada Cavaco limpo - 64 Aa 48 Ba 48 Ba
Médias seguidas pela mesma letra minúscula na coluna e maiúscula na linha
não diferem significativamente pelo teste de médias de Tukey, ao nível de
5% de probabilidade de erro.
Fonte: Ferreira
(2010).
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Teor de Cinzas
• É determinada pela combustão completa do combustível e engloba
todos os constituintes minerais do combustível.
• Estes constituintes aparecem praticamente só nos combustíveis
sólidos.
Teor de Cinzas
Natural
• Ca, K, Mg, Na, P, Mn, Fe, Al, Cu, Zn.
• Varia entre espécies, idade, posição na árvore, entre tipos de
biomassa.
De contaminação: areia, terra, pedras.
• Oriundos do processos de colheita, transporte,
• depósito do material.
Teor de Cinzas
Após a queima, restam:
• Óxido de alumínio (Al2O3).
• Óxido férrico (Fe2O3).
• Óxido de silício (SiO2).
• Oxalatos de Ca e Mg.
Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
a) Secar cadinho por 1 hora e em seguida proceder a pesagem
(Massa(cadinho)).
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Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
b) Amostra de 1g do material, absolutamente seco (0% umidade).
Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
c) Cadinho + amostra ―> mufla a 525 °C, por 3h.
Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
d) Massa(cadinho + amostra) (resfriado em dessecador).
Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
e) Massa(cinzas) = Massa(cadinho + amostra) - Massa(cadinho) (g)
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Determinação do Teor de Cinzas
Norma NBR 13999, indica os seguintes procedimentos:
A =
Massa(������)
Massa(������� �������)
× 100
Realizar em triplicata.
Determinação do Teor de Cinzas
Teor de cinzas para diferentes configurações de biomassa em diferentes idades
para Pinus sp.
Brand (2010) e Ferreira (2012)
Determinação do Teor de Cinzas
Brand (2010)
Espécie TC (%)
Eucalyptus saligna (4 anos) 0,41
Eucalyptus microcorys (4 anos) 0,41
Eucalyptus tereticornis (4 anos) 0,52
Eucalyptus cloesiana (4 anos) 0,53
Eucalyptus dunnii com casca 0,85
Eucalyptus dunnii sem casca 0,40
Casca de Pinus taeda 1,36
Casca de Eucalyptus dunnii 3,00
Pinus taeda com casca 0,42
Pinus taeda sem casca 0,36
Bagaço de cana-de-açúcar 9,79
Casca de arroz 18,34
Capim-elefante 2,6 a 11
Casca de coco 10,25
Sabugo de milho 1,40
Ramas de algodão 5,89
Determinação do Teor de Cinzas
Brand (2010)
Resíduo de biomassa florestal Média Mínimo Máximo
Casca de Pinus de serraria (set/05 a jun/09) 15,17 0,38 39,91
MIX (nov/05 a jun/09) 5,31 0,58 26,41
Cavaco verde de pinus de serraria e
laminadora (out/05 a jun/09)
1,87 0,18 1,87
Serragem de passivo ambiental (dez/05 a fev/09) 0,81 0,25 4,83
Serragem de pinus de serraria (nov/05 a jun/09) 1,13 0,16 11,05
Cavaco seco de pinus de serraria e laminadora 
(mai/06 a nov/07)
0,57 0,37 0,90
Cavaco de pinus de operações florestais (jun/07 a
ago/07)
3,33 0,72 15,27
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Determinação do Teor de Cinzas
O teor e ponto de fusão das cinzas constituem fatores importantes na 
escolha do tipo de fornalha.
As cinzas de baixo ponto de fusão podem causar problemas na operação 
de uma fornalha.
Transição vítrea
Determinação do Teor de Cinzas
Danos causados
• Redução do poder calorífico superior e líquido da biomassa:
 Depositam-senas paredes de tijolos refratários, tubos das paredes de água,
tubos dos superaquecedores, alterando as características de troca térmica.
• Os materiais minerais não participam do processo de combustão, mas
são contabilizados na massa do combustível submetido a queima.
Determinação do Teor de Cinzas
Danos causados
• Mecânicos:
 Incrustações na câmara de combustão.
 Entopem a passagens de grelhas.
 Obstruem a entrada de ar de combustão.
• Ambientais:
 Emissão de particulados na atmosfera.
 Áreas de depósito.
Determinação do Teor de Cinzas
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Determinação do Teor de Cinzas Determinação do Teor de Cinzas
Principais determinações
Refere-se ao conteúdo percentual, baseado na 
massa do combustível.
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Análise química imediata
• Processo simples e rápido (mais utilizado que a análise elementar).
 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.
– Ligados ao dimensionamento 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.
Análise química imediata
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.
– Temperaturas de aproximadamente 850 ºC, por 7 minutos.
Análise química imediata
Conteúdo de Voláteis
– 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 temperatura ambiente = alcatrão e ácido pirolenhoso.
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Análise química imediata Análise química imediata
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)
Análise química imediata
Voláteis x Carbono Fixo
– O teor de materiais voláteis e carbono fixo são inversamente proporcionais.
– 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.
Análise química imediata
Voláteis x Carbono Fixo
– Após a volatilização, tais constituintes, na forma gasosa, misturam-se com o
oxigênio do ar ocorrendo as reações da combustão.
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Análise química imediata
Pelo índice percentual de material volátil, pode-se 
estimar o grau de combustão de um combustível.
Qual a relação entre voláteis e o 
poder de queima da biomassa
Análise química imediata
Carbono Fixo
Voláteis
Tempo de 
queima
Análise química imediata
Voláteis x Carbono Fixo
A madeira apresenta:
– Índice de materiais voláteis em torno de 75 a 85%.
– Índice de carbono fixo entre 15 a 25%.
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Análise química imediata
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 Brand (2010)
Análise química imediata
Análise química imediata, poder calorífico e massa específica básica de
diferentes biomassas, na base seca.
Material Cinzas Voláteis
PCS
(MJ kg-1)
Massa específica
(kg m-3)
Bagaçoo de cana 2,90 84,20 16,29 111,00
Fibra de coco 0,90 82,80 14,67 151,00
Casca de coco 0,70 80,20 20,50 661,00
Sabugo de milho 2,80 85,40 15,65 188,00
Pé de milho 6,80 80,10 16,54 129,00
Residuos de algodão 5,40 88,00 17,48 109,00
Casca de amendoim 5,90 83,00 18,65 299,00
Cascade paniço 18,10 80,70 17,48 201,00
Casca de arroz 23,50 81,60 15,29 617,00
Palha de arroz 19,80 80,20 16,78 259,00
Madeira (subabul) 0,90 85,60 19,78 259,00
Pallia de trigo 11,20 83,90 17,99 222,00
Análise química imediata
Análise química 
imediata, de diferentes 
biomassas.
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.
Métodos de determinação na 
análise química imediata
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– 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.
Métodos de determinação na 
análise química imediata
Métodos de determinação na 
análise química imediata
Métodos de determinação na 
análise química imediata
Analisador termogravimétrico
Métodos de determinação na 
análise química imediata
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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 850 °C por 7 min).
d) Material restante após carbonização: C fixo e cinzas;
e) Voláteis= A + B - C
Métodos de determinação na 
análise química imediata
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±2 °C 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 na 
análise química imediata
Voláteis: Norma NBR 8112 (Carvão Vegetal – Análise Imediata)
Carbono fixo: NBR 8112 (Carvão Vegetal – Análise Imediata)
– Cálculo por diferença com o teor de voláteis e teor de cinzas (base
seca).
Métodos de determinação na 
análise química imediata
Voláteis: Norma NBR 8112 (Carvão Vegetal – 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.
Métodos de determinação na 
análise química imediata
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É a quantidade de calor total (energia térmica) que é liberada durante a combustão 
completa de uma unidade de massa ou de volume de combustível.
– Unidades: kcal/kg; kJ/kg ou kcal/m³; kJ/m³.
• 1 kcal= 4,1868 kJ
• 1kJ= 0,2388 kcal
Poder calorífico
DIN 51900 para poder calorífico.
• Valor teórico – máximo.
• Determinado em recipiente hermeticamente fechado.
• Deposição de amostra com 0% de umidade.
Poder calorífico superior
Calorímetro  determinação do poder calorífico 
de combustíveis
• Preenchimento com água externamente ao recipiente.
• Descarga de oxigênio – 99% de pureza.
• Descarga elétrica – ignição.
Poder calorífico superior
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• Durante o processo – medições contínuas da temperatura da água que envolve a
bomba calorimétrica.
• A variação da temperaturada água é utilizada para o cálculo da energia liberada
pelo combustível, resultando no poder calorífico superior.
Poder calorífico superior Representação de uma bomba 
calorimétrica
Poder calorífico inferior
• Formação de H2O pelo H de constituição do combustível (reação
endotérmica).
• Perda energética – PCI.
O PCI somente tem efeito prático para combustíveis que não possuem 
água livre em sua constituição.
��� = ��� ��� × � × 
�
���
��� = ��� ���
Em que:
PCI= Poder calorífico inferior (kcal/kg).
PCS= Poder calorífico superior (kcal/kg).
H = H de constituição (%).
• Umidade presente nos combustíveis.
Maior gasto energético
H de constituição
H2O no combustível
Em que:
PCL= Poder calorífico líquido (kcal/kg).
PCI= Poder calorífico inferior (kcal/kg).
TU= Teor de umidade, na base verde (%).
TC= Teor de cinzas (%).
Poder calorífico líquido
��� = ��� × 
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���
� × ��
��� = ��� ×
��� ��
���
×
��� ��
���
� × ��
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Fatores que influenciam o poder
calorífico
• Composição química e tipo da biomassa.
• Teor de umidade.
• Teor de cinzas.
Composição química e tipo de biomassa e o 
poder calorífico
Constituinte Gimnospermas 
(coníferas)
Angiospermas 
dicotiledôneas 
(folhosas)
Celulose 42 ± 2% 45 ± 2%
Poliose 27 ± 2% 30 ± 5%
Lignina 28 ± 2% 20 ± 4%
Extrativos 5 ± 3% 3 ± 2%
Fonte: Brand, 2010.
Composição química e tipo de 
biomassa e o poder calorífico
Fonte: Brand, 2010.
Componentes energéticos PCS (kcal/kg)
Celulose 3797
Lignina 5995
Amido 3797
Carbono puro 8049
Casca de pinus 5116
Casca de eucalipto 4432
Pinus sem casca 4766
Eucalipto sem casca 4600
Casca de arroz 3800
Capim elefante 3950
Turfa 3439
Carvão vegetal 6800
Óleo diesel 10750
Petróleo 10800
Fonte: Protásio et al., 2011.
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Composição química e tipo de
biomassa e o poder calorífico
Idade Acícula Casca Copa Galhos
10 5096 5112 4898 4812
12 5121 5116 4931 4976
14 5114 5263 4810 4844
24 5258 5369 4935 4977
Média 5126 5215 4893 4903
PCS (kcal/kg) de componentes de árvores de Pinus taeda com diferentes idades.
Fonte: Brand, 2010.
Teor de umidade e o poder calorífico
Relação entre TU e o PCS e PCL para componentes de árvores de Pinus taeda com 
diferentes idades.
6000
5250
4500
3750
3000
2250
1500
750
0P
o
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60
50
40
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20
10
0
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eo
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d
e
U
m
id
ad
e
(%
)
PCS PCL TU
Componentes e Idades
Fonte: Ferreira et al., 2009.
Teor de umidade e o poder calorífico
PCL em função do TU na base verde.
Fonte: Brand, 2010.
y = - 53 ,98 x +
4600
R 2 = 0 ,933
480
0
450
0
420
0
390
0
360
0
330
0
300
0
270
0
240
0
210
0
180
0
150
0
120
0
0 1
0
2
0
3
0
7
0
8
0
9
0
10
0
40 50 60
Teor de umidadena base úmida (%)
P
o
d
er
ca
lo
rí
fi
co
líq
u
id
o
(
kc
al
/k
g
)
Teor de umidade e o poder calorífico
Biomassa TU base úmida (%) PCL (kcal/kg)
Carvão vegetal 5 7300
Carvão de resíduos 
agrícolas
5 6140
Esterco 13 3250
Bagaço de cana 50 2000
Casca de coco 8 4000
Casca de café 23 3200
Casca e palha de palma 53 1900
Palha e casca de arroz 13 3200
Fonte: Brand, 2010.
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Teor de cinzas e poder calorífico
PCS e o teor de oxigênio+cinzas
Obrigado!
Dúvidas?
Contato:
adriano.mascarenhas@unir.br