Influência do teor de umidade no poder calorífico em diferentes idades e componentes de arvores de Pinus taeda

1o Congresso Brasileiro sobre Florestas Energ ticas, 02 a 05 de junho, Belo Horizonte, Minas Gerais

INFLU NCIA DO TEOR DE UMIDADE NO PODER CALOR FICO EM DIFERENTES IDADES E COMPONENTES DE RVORES DE Pinus taeda.

JULIANA C. FERREIRA , THIELLY S. FURTADO , MARCIO DAIAN NEVES , MARTHA A. BRAND Centro de Ci ncias Agorveterin rias, Universidade do Estado de Santa Catarina, Avenida Lu s de Cam es 2090, Bairro Conta Dinheiro, 88520-000, Lages, SC e-mail: mana.juli@yahoo.com.br RESUMO O controle de propriedades como o teor de umidade e poder calor fico s o fundamentais para elevar o potencial energ tico da biomassa florestal. Neste contexto, o presente trabalho buscou avaliar a varia o do teor de umidade e poder calor fico de ac culas, copas, galhos e cascas de Pinus taeda, em diferentes idades, e verificar a influ ncia do teor de umidade sobre o poder calor fico l quido destes componentes. Para a an lise foi aplicado um delineamento experimental inteiramente casualizado, com sistema fatorial contendo quatro componentes de rvores em quatro idades de Pinus taeda. Os resultados demonstraram que existe elevada correla o negativa entre teor de umidade e poder calor fico l quido, al m de diferen a significativa de teor de umidade e poder calor fico l quido para galhos em diferentes idades. Galhos de 24 anos juntamente com as cascas, s o os componentes mais indicados para gera o de energia. INTRODU O Atualmente, com a otimiza o das florestas plantadas e a necessidade de maior fornecimento de energia para suprir o crescente consumo das novas ind strias, o uso da biomassa florestal torna-se uma alternativa vi vel do ponto de vista econ mico e ambiental. Entretanto, devido sua heterogeneidade (granulometria, densidade, teor de umidade, poder calor fico), algumas limita es s o impostas ao seu aproveitamento energ tico. (M LLER, 2005). Em muitos casos, mesmo havendo diferencia o no potencial energ tico dos diferentes constituintes das rvores, ainda n o feita a separa o e sele o dos mesmos, anterior a sua destina o s geradoras, acarretando em perdas na sufici ncia energ tica. Para elevar a efici ncia do material e torn -lo competitivo frente a outras fontes de energia, suas propriedades energ ticas precisam ser controladas. Este controle feito atrav s da an lise e acompanhamento de vari veis como teor de umidade (TU), teor de cinzas (TC), densidade e poder calor fico (BRAND, 2007). O poder calor fico refere-se quantidade de energia liberada na forma de calor pela combust o de uma unidade de massa de madeira, sendo expresso em calorias por gramas (cal/g) ou quilocaloria/quilograma (kcal/kg). Divide-se em poder calor fico superior (PCS), inferior (PCI) e l quido (PCL). No PCS a combust o se efetua a volume constante e a gua formada durante a combust o condensada, recuperando o calor derivado desta condensa o (BRIANE & DOAT, apud QUIRINO et al, 2005). Considera condi es de queima ideais, nas quais o material est absolutamente seco, sendo altamente influenciado pela constitui o qu mica da madeira, principalmente pela lignina e extrativos (resinas, leos-resinas, mat rias graxas, leos), que elevam o seu potencial (QUIRINO et al., 2005) A partir do PCS, desconta-se a energia gasta para evaporar o hidrog nio de constitui o do combust vel, na forma de gua, obtendo-se o PCI (NASCIMENTO, 2006).

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Trabalho de pesquisa pertencente ao Projeto de Pesquisa "Avalia o da potencialidade de uso da biomassa florestal para a gera o de energia como contribui o para o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL", patrocinado pela Empresa Tractebel Energia S.A. e apoio da Empresa Flobasa S.A (Projeto Aneel 003-2007).

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O PCL prov m do PCI, descontando a energia consumida para evaporar a gua presente no material rec m cortado, e que se mant m aproximadamente est vel at sua destina o s caldeiras. Representa a energia efetiva dispon vel ao sistema, sendo tamb m influenciado pelo teor de inorg nicos no material, que reduzem o seu potencial. O TU, dado em porcentagem (%), indica a quantidade de gua presente na madeira, devendo estar em torno de 65% a 70% em base mida, quando considera o material rec m cortado. Acima deste limite, calorias externas s o necess rias para secar o material e permitir a combust o (QUIRINO et al., 2005). Sua determina o de grande import ncia, primeiramente por apresentar grande varia o quando se relaciona s diferentes esp cies, clima e armazenamento, dificultando o controle do processo de combust o. E, a segunda raz o, pelo fato de que a gua apresenta um poder calor fico negativo, uma vez que necessita de calor para evapor -la (BRITO & BARRICHELO, 1979). Diante do exposto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influ ncia do teor de umidade rec m chegado sobre o poder calor fico, e verificar se h diferen a significativa desse para os diferentes componentes da rvore (ac culas, copas, galhos e cascas). A partir destas correla es poss vel definir se compens vel fazer a sele o dos materiais antes de seu uso nas caldeiras, garantindo maior rendimento ao processo de gera o de energia. MATERIAIS E M TODOS O material analisado proveniente de povoamentos homog neos de Pinus taeda, pertencentes empresa Flobasa, pertencentes ao comglomerado Battistella, em Bocaina do Sul, SC. Para os povoamentos de 10, 12, 14 e 24 anos foram sorteadas cinco rvores por parcela de 10 x 10 m montada para cada idade. Com a derrubada das rvores, coletou-se separadamente ac culas, galhos, copa (parte da copa com di metro inferior a 8 cm) e discos, para remo o da casca, os quais passaram por an lise laboratorial, efetuada no laborat rio de Qu mica da Madeira da Universidade do Planalto Catarinense (UNIPLAC), em Lages, SC. Primeiramente efetuou-se a picagem do material e determina o do TU rec m chegado atrav s da norma NBR 14929; e do poder calor fico superior e l quido, com o uso da bomba calorim trica, segundo a norma DIN 51900. Em seguida, tendo um experimento fatorial 4 x 4 com vinte repeti es, realizou-se an lise estat stica dos dados, atrav s do software Statistica. RESULTADOS E DISCUSS ES Considerando os quatro componentes analisados em diferentes idades, as vari veis TU, PCS e PCL apresentaram varia es de 27-68%, 4393-5369 kcal/kg e 1077-3146 kcal/kg respectivamente. De acordo com a tabela 1, atrav s da an lise de vari ncia dos dados, foi poss vel detectar diferen as significativas destas vari veis em fun o dos componentes das rvores, das diferentes idades e da intera o existente entre componentes e idades. Considerando isoladamente a fonte de varia o Componente e Idade, para a primeira todas as vari veis apresentaram diferen a significativa, o que n o ocorreu para a segunda, na qual as diferen as n o foram significativas. Por m, ao considerar a intera o Componente x Idade, os efeitos tornaram-se significativos para as vari veis estudadas, indicando que, conforme o componente da rvore e a idade que ele possui, ocorrem altera es no TU, assim como na propor o de extrativos , lignina e no ac mulo de compostos inorg nicos, que atuam sobre o PCS e PCL. Tabela 1. An lise de vari ncia para o teor de umidade do material rec m chegado (TU), poder calor fico superior (PCS) e poder calor fico l quido (PCL) para os diferentes componentes das rvores em diferentes idades para a esp cie de Pinus taeda.

FV Componente (C) Idade (I) TU 550.1* NS 159.1 Quadrados M dios PCS 346228.7* NS 63638.4 PCL 1786633.5* NS 458208.2

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CxI 167.4* 88748.7* 546149.4* Res duo 110.5 50827.2 345614.7 * diferen a significativa pelo teste F ao n vel de 5% de probabilidade de erro. NS diferen a n o significativa.

Em seguida, na tabela 2 foi aplicado o teste de m dias de Tukey para as vari veis estudadas, considerando as fontes de varia o Componentes e Idades das rvores. Tabela 2. Teste de m dias de Tukey ao n vel de 5% de probabilidade de erro, para teor de umidade (TU), poder calor fico superior (PCS) e poder calor fico l quido (PCL), considerando os componentes das rvores em diferentes idades para a esp cie de Pinus taeda.

FV M dias Componente Idade TU PCS PCL Ac cula 10 anos 63 a 5096 a 1424 a Ac cula 12 anos 60 a 5121 a 1592 a Ac cula 14 anos 60 a 5116 a 1728 a Ac cula 24 anos 56 a 5258 a 1812 a Galho 10 anos 62 a 4812 a 1428 bc Galho 12 anos 50 bc 4976 a 2029 ab Galho 14 anos 59 ab 4844 a 1410 c Galho 24 anos 48 c 4977 a 2138 a Copa 10 anos 62 a 4898 a 1361 a Copa 12 anos 63 a 4931 a 1305 a Copa 14 anos 65 a 4810 a 1266 a Copa 24 anos 62 a 4935 a 1375 a Casca 10 anos 46 a 5112 a 2323 a Casca 12 anos 43 a 5116 a 2487 a Casca 14 anos 44 a 5263 a 2502 a Casca 24 anos 41 a 5369 a 2801 a M dias seguidas pela mesma letra dentro de cada componente n o diferem significativamente pelo teste de Tukey.

Para os componentes ac cula, copa e casca, as vari veis TU, PCS e PCL n o apresentaram diferen a significativa ao n vel de 95% de probabilidade de acerto. Para os galhos, observou-se diferen a significativa para TU e PCL entre as diferentes idades. Por m esta diferen a n o foi significativa para o PCS. Os galhos de 10 anos apresentaram o maior TU, equivalendo-se aos de 14 anos e diferindo dos de 12 e 24 anos. Estes, por sua vez, obtiveram o menor TU, n o diferindo dos galhos de 12 anos. Isto se deve ao fato de que, as rvores mais jovens, com elevada atividade fisiol gica exigem um maior TU, o qual reduz em rvores adultas, com menor metabolismo. Em rela o ao PCL calculado para os galhos, o maior valor foi encontrado para a idade de 24 anos, que n o diferiu significativamente da de 12 anos e foi superior s de 10 e 14 anos. J os galhos de 14 anos apresentaram o menor PCL, juntamente com os de 10 anos. Entre as poss veis causas, pode-se citar a influ ncia do TU sobre o PCL, ou seja, quanto maior o TU, menor o PCL. Outro fator est relacionado ao teor de cinzas (compostos inorg nicos) presente no material, que tamb m possui influ ncia negativa sobre o PCL, o que explicaria as varia es de TU e PCL encontradas nas idades intermedi rias de 10 a 24 anos. Por m este n o foi o objeto de estudo neste experimento. Posteriormente calculou-se o coeficiente de correla o de Pearson para as vari veis TU e PCL buscando determinar a real influ ncia da primeira sobre a segunda. Para todos os componentes foi encontrada uma correla o negativa superior a 0.87, indicando alta correla o entre as vari veis, ou seja, quanto maior o TU, menor o PCL, sendo que o inverso tamb m verdadeiro.

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Por fim, pode-se definir, para efeitos pr ticos, que cascas em diferentes idades e galhos na idade de 24 anos s o os mais indicados para a gera o de energia, por apresentarem um dos menores TU e os maiores PCL. CONCLUS ES - Existe diferen a significativa das vari veis para diferentes partes e idades das rvores; - Observa-se elevada correla o negativa entre as vari veis TU e PCL; - Cascas em diferentes idades e galhos na idade de 24 anos apresentam maior potencial energ tico. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem empresa Battistella pelo fornecimento do material, e UNIPLAC por disponibilizar o laborat rio para a poss vel efetua o das an lises. REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS BRAND, M. A. Qualidade da biomassa florestal para o uso na gera o de energia em fun o da estocagem. 2007. 168p. Tese (Doutorado em Ci ncias Florestais) Curso de P sGradua o em Ci ncias Florestais, Universidade Federal do Paran , Brasil, 2007. Dispon vel em: http://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/1884/10397/1/Tese-vers%c3%a3o%20final%20%20Martha%20Andreia%20Brand.pdfhttp://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/1884/10397/1/ Tese-vers%c3%a3o%20final%20%20Martha%20Andreia%20Brand.pdfhttp://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/1884/10397/1/ Tese-vers%c3%a3o%20final%20%20Martha%20Andreia%20Brand.pdfhttp://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/1884/10397/1/ Tese-vers%c3%a3o%20final%20-%20Martha%20Andreia%20Brand.pdf BRITO, J. O.; BARRICHELO, L. E. G. Usos diretos e propriedades da madeira para gera o de energia. IPEF, S o Paulo, Circular T cnica, n. 52, PBP/3.1.8, 7p. jun. 1979. Dispon vel em: http://www.ipef.br/publicacoes/ctecnica/nr052.pdf MARCELO DIAS M LLER, M. D. Produ o de madeira para gera o de energia el trica numa planta o clonal de eucalipto em Itamarandiba, MG. 2005. 108 p. Tese (Doctor Science) Programa de P s-Gradua o em Ci ncia Florestal, Universidade Federal de Vi osa, Minas Gerais, 2005. Dispon vel em: http://www.cefetcampos.br/observatorioambiental/publicacoes-cientificas/artigos-sobrebiocombustiveis-energia-renovaveis-e-indicadores-ambientais/tese madeira.pdf/view NASCIMENTO, S. M. et al. Res duos de ind stria madeireira: caracteriza o, conseq ncias sobre o meio ambiente e op es de uso. HOLOS Environment, v. 6, n. 1, 2006, p. 8-21. Dispon vel em: http://cecemca.rc.unesp.br/ojs/index.php/holos/article/view/177/161 QUIRINO, W. F. et al. Poder calor fico da madeira e de materiais ligno-celul sicos. Revista da Madeira, n. 89, abr. 2005, p. 100-106. Dispon vel em: http://www.funtecg.org.br/arquivos/podercalorifico.pdf

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