Encontro Nacional da Bioenergia-Portalegre

Biomassa no Desempenho Energético e

Ambiental em Estufas Agrícolas

Adelino S. Nabais1, João R. Galvão1,2, Rita M- Ascenso 1,3

1: Departamento Engenharia Eletrotécnica e Computadores/ESTG-Instituto Politécnico Leiria2: INESCC – Instituto Engenharia e Sistemas de Computadores Coimbra/Unidade R&D3: Computer Science and Communications Research Center of Polytechnic Institute of Leiria

2

Agenda

Enquadramento;

Caracterização das estufas;

Descrição sobre biomassa;

Modelo energético e ambiental proposto;

Conclusões.

3

Enquadramento

Estufas

Biomassa (madeira e pellets)Caldeira

4

Localização da infraestrutura

Altitude: 56m

Latitude: 39º

Zonas climáticas:

Inverno: I1Verão: V3

Santarém

5

Estrutura construtiva

Conjunto de estufas

24.000m²

Central

térmica

Janelas

Zenitais

Vista lateral

Tubagem de aquecimento ambiente – condutas secundárias

6

Aquecimento ambiente

Tubagem de aquecimento ambiente – condutas principais

7

Central térmica

1-Tremonha para biomassa (pellets);

2-Silo de alimentação da caldeira;

3-Caldeira (2.000kW);

4-Ciclone;

5-Depósitos de expansão;

6-Reservatórios de inércia (Buffers);

7 e 8-Coletores de distribuição (ida e

retorno)

8

Central térmica

Caldeira a biomassa sólida

2.000kW

Depósitos de inércia (Buffers)

30.000l

9

Poder calorífico da biomassa

Designação

Tipo de Biomassa

Pellets de bagaço de azeitona

Madeira de oliveira

Madeira de pinho

Perda a 105°C 14,1% 18% 29%

PCS (MJ/kg) 17,9a 16,75c 17,17c

PCI (MJ/kg) 16,3b 16,25c 16,25c

Teor de voláteis 60,9% - -

a: Cálculo por calorimetriab: Método de cálculoc: Método analítico (ASTM D 240)

10

Poder calorífico da biomassa

Va

lor

ca

lorí

fico

(M

J/k

g)

Va

lor

ca

lorí

fico

(k

W.h

/kg

)

Conteúdo em humidade (%)

Influência da humidade no poder calorífico da biomassa

11

Armazenagem da biomassa-Atual

Madeira de pinho Madeira de oliveira

12

Armazenagem da biomassa

Emissões devido à humidade da biomassa

13

Combustão completa

Reação endotérmica Reação exotérmica

Gaseificação

do carbono

500-700ºC

Secagem

100-150ºC

Aquecimento

<100ºCGaseificação

230-500ºC

Pirólise

150-230ºC

Oxidação do

combustível

700-1400ºC

1 2 3 4 5 6

14

Combustão incompleta

Reação endotérmica Reação exotérmica

Gaseificação

do carbono

500-700ºC

Secagem

100-150ºC

Aquecimento

<100ºCGaseificação

230-500ºC

Pirólise

150-230ºC

Oxidação do

combustível

700-1400ºC

1 2 3 4 5 6

15

Armazenagem da biomassa

Produção de cinzas

16

Metodologia: Recolha de dados

Localização da sonda Equipamento de registo

Análise à combustão da caldeira

17

Metodologia: Recolha de dados

Análise à combustão-Rendimento da caldeira

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10:53 10:59 11:05 11:11 11:16 11:22 11:28 11:34 11:39 11:45

Ren

dim

en

to

Horas

18

Metodologia: Recolha de dados

Localização da sonda Equipamento de

medição e registo

Monitorização das emissões gasosas

19

Metodologia: Recolha de dados

ParâmetroConcentração

(mg/Nm³)

Concentração

(mg/Nm³.11%O2)

Valor limite

(mg/Nm³.11%O2)

CO 260 ± 5 194 ± 4 500

SO2 < 5,7 < 4,3 500

NOx 444 ± 27 332 ± 21 650

H2S < 1,90 < 1,42 5

PTS 188 ± 5 141 ± 4 150

COV 337 ± 4 251 ± 4 200

Resultados da monitorização das emissões gasosas

20

Modelo energético e ambiental

Biomassa

Condições de

segurança

Eficiência energética

Aquecimento

Seleção do melhor combustível;

Usar pellets de produtos

biomássicos;

Condições de armazenagem da

biomassa de madeira.

Condições de operação

da caldeira;

Condições de armazenagem

da biomassa (pellets);

Segurança dos

trabalhadores.

Funcionamento da caldeira

em plena carga e de modo

automático;

Aumento da capacidade dos

Buffers.

Beneficiação de isolamentos;

Implantação de um sistema de

gestão e controlo dos vários

parâmetros das estufas.

21

Condições de segurança da biomassa

Bolor em lascas de madeira

22

Condições de segurança da biomassa

Auto-ignição em pellets de bagaço de azeitona

23

Armazenagem da biomassa-Proposta

Afastados ≥ 0,10m

Tela para isolamento do solo

Redução da humidade durante a

armazenagem da biomassa

24

Rendimento da caldeira

0,89

0,77

0,66

0,54

0,43

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50

Re

nd

ime

nto

da

ca

lde

ira

Humidade da biomassa (%)

25

Comparativo entre biomassas

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

0 10 20 30 40 50 60 70

Bio

massa (

ton

)

Cu

sto

(€)

Humidade da biomassa (%)

Pellets (€) Madeira (€) Pellets (ton) Madeira (ton)

26

Comparativo entre biomassas

Com a utilização de “madeira” o sistema não é automatizado,

a temperatura não é estável, a caldeira tem muitas paragens

e arranques, não funciona em plena carga;

Queima incompleta devido a humidade na biomassa, com

libertação de CO e H2 que podem provocar explosões na

caldeira;

Maiores custos de manutenção, maiores necessidades de

espaço para armazenagem;

Menor produtividade das estufas, devido a maiores oscilações

na temperatura ambiente.

Utilização de madeira-Inconvenientes

27

Sistema de aquecimento

Aumento capacidade dos Buffers

Ida

Retorno

28

Sistema de aquecimento

Caldeira

Dep

ósit

o d

e i

nérc

ia o

u B

uff

er

72°C

82°C

≥ 60°C

95°C

29

Intensidade carbónica

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

80 000

90 000

100 000

(kg

CO

2e

)

Atividade

Potássio

Fosfato

Nitrogénio

Herbicidas

Inseticidas

Fungicidas

Plásticos

Cartão

Eletricidade

Óleo de motor

Gasóleo

30

Conclusões

A humidade da biomassa tem forte impacto no rendimento da caldeira e no ambiente;

Face às atuais condições de armazenagem da biomassa, rendimento e comparação de custos, a melhor opção é a utilização de pellets;

Um correto dimensionamento da capacidade dos depósitos de inércia é uma medida de eficiência energética e ambiental;

É importante considerar as adequadas condições de segurança na manipulação da biomassa.

31

Bibliografia

L. Z. B. Valter Francescato, Eliseo Antonine, Manual de Combustibles de

Madera. 2008;

FLP-Flexible Lining Products Ltd, “Toptex Firewood,Woodchip,Crop and

Compost Storage Covers,” Agricultural Products-FLP Toptex, 2015.

[Online]. Available: http://www.flexiblelining.co.uk/toptex-firewood-

woodchip-crop-and-compost-storage-covers. [Accessed: 27-Mar-2015];

Tencate, “Geosynthetics-Wood Chips Covers,” Agriculture/horticulture,

2015. [Online]. Available:

http://www.tencate.com/emea/geosynthetics/applications/industrial-

fabrics/agriculture-horticulture/wood-chips-covers.aspx. [Accessed: 27-

Mar-2015];

G. S. David Palmer, Jim Kinnibrugh, Colin Ashford, “Biomass Heating

Solutions.,” CIBSE-AM15 2014, no. October, pp. 10–15, 2014;

D’Alessandro Termomeccanica, “Wood-based biomass heat generator,”

Use And Maintinance Guide, 2011. [Online]. Available:

http://www.satisrenovables.com/descargas/catalogo-dalessandro-

termomeccanica_18527.html. [Accessed: 21-Feb-2015].

32

Fim

Obrigado pela atenção!