desenvolvimento de briquetes autorredutores...
TRANSCRIPT
FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA
MESTRADO PROFISSIONAL EM MATERIAIS
TAÍSE AZEVEDO DE SOUSA
DESENVOLVIMENTO DE BRIQUETES AUTORREDUTORES COM
RESÍDUO DE FUNDIÇÃO E FIBRA DA PALMEIRA
VOLTA REDONDA
2012
FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA
MESTRADO PROFISSIONAL EM MATERIAIS
DESENVOLVIMENTO DE BRIQUETES AUTORREDUTORES COM
RESÍDUO DE FUNDIÇÃO E FIBRA DA PALMEIRA
Dissertação apresentada à Fundação
Oswaldo Aranha do Campus Aterrado,
Centro Universitário de Volta Redonda, para
a obtenção do título de Mestre em Materiais.
Orientada:
Taíse Azevedo de Sousa
Orientadora:
Prof. Dra. Daniella Regina Mulinari
VOLTA REDONDA
2012
Embora ninguém possa voltar atrás e fazer
um novo começo, qualquer um pode
começar agora e fazer um novo fim.
Chico Xavier
FOLHA DE APROVAÇÃO
Aluna:
Taíse Azevedo de Sousa
Título:
Desenvolvimento de briquetes autorredutores com resíduo de fundição e fibra da
palmeira
Orientador:
Prof. Dra. Daniella Regina Mulinari
VOLTA REDONDA
2012
AGRADECIMENTOS
Quando chega um certo momento da vida que pensa que nada irá dar certo,
e parece que a luz se apagou; é neste momento que Deus na sua imensidão mostra
o quão importante você é e coloca pessoas de valor inestimável a qual não
inventaram palavras para classificação, mesmo com todos os defeitos que o ser
humano apresenta e com toda esta disputa pelo materialismo incontrolável, ainda
sim pode aparecer alguém no fim da escuridão e te dar a mão.
Assim foi a Profa Dra Daniella Mulinari, um anjo de Deus que me ajudou e
ajuda a evoluir.
Agradeço a minha mãe Tânia Maria Azevedo de Sousa e meu pai Carlos dos
Santos de Sousa, pelas orações e por acreditarem no fruto do amor deles.
Ao meu eterno amor Ricardo de Paula Silva a dedicação, amor e paciência
dispensados a mim.
Ao meu irmão Thiago Azevedo de Sousa por permitir que eu participasse de
sua vida e seus problemas, um exemplo de perseverança, pessoa na qual acredito e
quero estar sempre ao lado.
As pessoas mais que especiais, as quais se encontrão em extinção:
Ao Prof. Dr. José Vitor de Sousa obrigada por permitir que eu conviva e
aprenda a querer ser melhor como ser humano, Prof° Nilson José, Profº.Drº. Sinésio
de Almeida Marques; Profº. Dr. Claudinei dos Santos.
Ao grande amigo Engº. Alberto Kondo exemplo de dedicação e empenho,
como metalurgista, e por acreditar no meu projeto.
Ao engenheiro Marco Antônio Baptistella que despertou ainda mais o meu
interesse pela briquetagem, pessoa que admiro pela competência.
Aos amigos da BRMETALS FUNDIÇÕES, os quais realmente quero sempre
ao meu lado, Jandir Fernandes, David Lidugério, Fernanda Teixeira, Jorge José
Santos, Luiz Fernando Pontes, Sidnei Souza, Hailton (cubilot), sem o apoio de vocês
o sonho não poderia se tornar realidade.
A Sra Selma Goulart UNFLA (Universidade Federal de Lavras).
A empresa Terra Marajó pelo fornecimento da fibra de palmeira.
Aos amigos do laboratório de areias e químico da BR Metals Fundições.
Ao INPE, na pessoa de Maria Lucia Brison de Mattos, pela possibilidade de
realizar as microscopias eletrônicas de varredura.
SOUSA, T. A., DESENVOLVIMENTO DE BRIQUETES AUTORREDUTORES
COM RESÍDUO DE FUNDIÇÃO E FIBRA DA PALMEIRA 2012. 53f. Dissertação
(Mestrado Profissional em Materiais) – Fundação Oswaldo Aranha do Campus Três
Poços, Centro Universitário de Volta Redonda, Volta Redonda.
RESUMO
O presente trabalho consiste no aproveitamento das fibras da palmeira e resíduo de
fundição para a produção de briquetes. A avaliação do potencial de aproveitamento
da fibra da palmeira pode ser uma alternativa para diminuir o espaço ocupado por
estes resíduos no aterro sanitário, e desta forma aumentar a vida útil do mesmo. O
briquete produzido com este resíduo surge também como alternativa para
fornecimento de energia preservando as florestas nativas ou plantadas com
espécies exóticas. No entanto, na geração de energia a partir da biomassa vegetal,
um parâmetro que deve ser controlado é o teor de umidade uma vez que, quanto
menor o teor de umidade maior será a produção de calor por unidade de massa,
sendo que a presença de água representa poder calorífico negativo, pois parte da
energia liberada é gasta na vaporização da água e se o teor de umidade for muito
variável, poderá dificultar o processo de combustão, havendo necessidade de
constantes ajustes no sistema. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o
teor de umidade das fibras provenientes da palmeira, bem como a composição
(EDS- Espectroscopia de Energia Dispersiva) das mesmas e o teor de cinzas e
lignina, para posteriormente utilizá-la para a produção de briquete. O resíduo de
fundição apresentou características necessárias, para a mistura com a fibra. O
percentual de carbono na fibra permite a aglomeração da mesma a o resíduo na
tentativa de formação de briquete. O teor de umidade das fibras de 18,3%, a qual
permitirá a aglomeração.
Palavra chave: briquete, fibra da palmeira, resíduo de fundição, teor de umidade.
SOUSA, T. A., DEVELOPMENT OF BRIQUETTES WITH FOUNDRY
RESIDUE AND PALM FIBERS 2012. 53f. Dissertação (Mestrado Profissional em
Materiais) – Fundação Oswaldo Aranha do Campus Três Poços, Centro Universitário
de Volta Redonda, Volta Redonda.
ABSTRACT
This paper concerns about the utilization of the palm fibers and iron residue for the
briquettes production. The evaluation of the utilization potential of the palm fibers
means a path to reduce the gap taken by these residues on the sanitary landfill, in
order to increase their useful life. The briquettes which are produced from these
residues take form as an alternative for the energy generation, preserving so the
native as the planted forests with exotic species. Therefore, the generation of energy
from vegetables biomass, a parameter to be controlled is the moisture content since
the lower the moisture content the greater the heat production per unit mass.Thus,
the objective of this study was to evaluate the moisture content of the palm fibers,
composition, ash and lignin content for subsequent use it for briquette production.The
residue iron showed the characteristics necessary for mixing with the fiber. The
percentage of carbon fiber allows the clustering of the same residue in an attempt to
form briquettes and the fibers presented 18.3% moisture content, which allow
agglomeration.
Keywords: briquette, palm fiber, foundry residue, moisture content.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 13
1.1. Objetivo e Justificativa ................................................................................ 15
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 16
2.1. Briquetagem ............................................................................................... 16
2.1.1. O processo de briquetagem ............................................................. 17
2.1.2. Briquetagem com aglomerantes ...................................................... 21
2.1.3. Características dos briquetes ........................................................... 22
2.2. Biomassa: uma energia brasileira .............................................................. 23
2.2.1. Biomassa e Bioenergia .................................................................... 23
2.2.2. O briquete de fibra da palmeira ........................................................ 25
2.3. Auto-Redução ............................................................................................. 26
2.4. Ferros fundidos ........................................................................................... 27
2.4.1. Fornos elétricos de indução ............................................................. 28
3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 30
3.1. Obtenção das matérias-primas ................................................................... 31
3.1.1. Fibras naturais ................................................................................. 31
3.1.2. Resíduo de pó de jateamento de ferro fundido ................................ 32
3.2. Caracterização das matérias-primas .......................................................... 32
3.2.1. Microscopia eletrônica de varredura ................................................ 32
3.2.2. Determinação do teor de umidade das fibras .................................. 33
3.2.3. Caracterização química das fibras ................................................... 33
3.2.4. Determinação de carboidratos e ácidos orgânicos por CLAE .......... 34
3.2.5. Determinação de lignina insolúvel em ácido .................................... 34
3.2.6. Determinação do teor de cinzas ...................................................... 34
3.2.7. Determinação da lignina solúvel ...................................................... 34
3.2.8. Determinação de furfural e hidroximetilfurfural ................................ 35
3.2.9. Análise elementar das fibras ............................................................ 36
3.3. Briquetes .................................................................................................... 36
3.3.1. Preparação dos briquetes ................................................................ 36
3.3.2. Obtenção do briquete....................................................................... 37
3.4. Caracterização dos briquetes ..................................................................... 38
3.4.1. Ensaio de compressão ..................................................................... 38
3.4.2. Determinação do poder calorífico .................................................... 38
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 39
4.1. Microscopia eletrônica de varredura ........................................................... 39
4.2. Determinação do teor de umidade ............................................................. 41
4.3. Caracterização química das fibras ............................................................. 42
4.4. Análise Elementar das fibras ...................................................................... 42
4.5. Caracterização dos briquetes ..................................................................... 43
4.5.1. Determinação do poder calorífico .................................................... 43
4.5.2. Ensaio de compressão ..................................................................... 43
5. CONCLUSÕES ................................................................................................... 46
6. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 48
7. TRABALHOS FUTUROS .................................................................................... 52
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Exemplos de aglomerantes (CETEM, 2011). ......................................... 21
Tabela 2.2: Características dos briquetes (BIOMACHINE, 2011). ............................ 23
Tabela 3.1: Materiais utilizados na composição do briquete. .................................... 37
Tabela 4.1: Composição química das fibras da palmeira. ......................................... 42
Tabela 4.2: Análise elementar das fibras. ................................................................. 43
Tabela 4.3: Análise do poder calorífico ..................................................................... 43
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Cavidades dos rolos de briquetagem (RENOVA RECICLAGEM, 2011). 19
Figura 2.2: Compressão em prensas de rolos (CETEM, 2011) ................................. 20
Figura 2.3: Esquema do processo de briquetagem (RENOVA RECICLAGEM; 2011).
.................................................................................................................................. 21
Figura 2.4: Fluxo de 1850 a 2100 da demanda em % de combustíveis fósseis,
biomassa e outras energias (GENTIL, 2008). ........................................................... 25
Figura 2.5: Resíduos obtidos da palmeira (SIMAS et al, 2010). ................................ 26
Figura 2.6 : Aglomerado auto-redutor. ...................................................................... 26
Figura 3.1: Fluxograma das etapas de análise. ......................................................... 30
Figura 3.2: (a) Fibras da palmeira e (b) Triturador. ................................................... 31
Figura 3.3: Peneiras granulométricas. ....................................................................... 32
Figura 3.4: Equipamento de análise elementar: Vario Micro Cube. .......................... 36
Figura 3.5: (a) Confecção dos briquetes; (b) Briquete obtido na RENOVA. .............. 37
Figura 3.6: Calorímetro digital IKA C-200. ................................................................. 38
Figura 4.1: MEV das fibras da palmeira. ................................................................... 39
Figura 4.2: EDS das fibras da palmeira. .................................................................... 40
Figura 4.3: MEV do ferro fundido em diferentes aumentos. ...................................... 40
Figura 4.4: EDS do ferro fundido. .............................................................................. 41
Figura 4.5: Ensaios de compressão comparativo entre briquete de fibra de palmeira
e briquete comercialmente vendido Renova. ............................................................ 44
LISTA DE SIGLAS
CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão
CLAE - Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
Clig - Concentração de Lignina
EDS - Espectroscopia de Energia Dispersiva
Fe – Ferro
Fe-C-Si - Ferro Carbono Silício
FeO - Óxido de Ferro
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Mu - Massa Úmida
Ms - Massa Seca
MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura
Mesh - Unidade de Medida de Peneira Granulométrica
Tu - Teor de Umidade
UFLA - Universidade Federal de Lavras
13
1. INTRODUÇÃO
Energia, economia e sustentabilidade são três fatores fundamentais para a
sobrevivência da humanidade. E o aquecimento global causado pelo efeito estufa e
produzido pelo excesso de carbono na atmosfera devido à queima dos combustíveis
fósseis, tem gerado uma preocupação por alternativas energéticas que atendam à
demanda humana sem causar a poluição e as mudanças climáticas (SILVEIRA,
2008).
Durante a Conferência da ONU realizada em Estocolmo em 1972, aumentou-
se significativamente a preocupação da sociedade, com os desequilíbrios
econômico, social e ambiental. Foi o marco da idéia de desenvolvimento sustentável;
este concilia o desenvolvimento a partir da exploração dos recursos produtivos, com
a preservação ambiental. Almejando uma melhoria para as futuras gerações, com a
consciência de produção menos poluente e impacto mínimo no ecossistema. O
conceito de desenvolvimento sustentável visa uma produção de materiais ecológicos
de baixo custo e redução do consumo de energia, bem como a perpetuação de um
ambiente saudável (CENBIO, 2011).
Desta forma, alternativas energéticas tais como, estudos da energia da
biomassa, elétrica, eólica, hidráulica, solar e atômica entre outras tem aumentado.
Da mesma forma, há uma tendência mundial para a descarbonização da economia e
para a co-geração elétrica com biomassa onde ela é farta, de boa qualidade e de
baixo preço (GONÇALVES; SARTORI; LEÂO, 2009; PEREIRA Jr., 2001).
E dentre as alternativas energéticas, a biomassa tem sido uma das
alternativas aos combustíveis fósseis pelas suas características ambientais,
renováveis a cada plantio, de baixo preço, farta e com um potencial de produção no
limite das terras cultiváveis que o planeta oferece (CENBIO,2011). Entre os tipos de
biomassa mais promissores e que tem maiores níveis de energia e baixo preço,
estão os lignocelulósicos, oriundos de resíduos agroquímicos (BRIQUETES, 2011).
Uma das biomassas que tem ganhado destaque são as fibras provenientes
da palmeira real australiana, a qual é um subproduto da indústria do palmito. A
14
agroindústria brasileira do palmito é responsável pela maior produção mundial de
palmito envasado, gerando como consequência, toneladas de resíduos no meio
ambiente . O processo de extração do palmito se dá pelo corte da palmeira, na qual
somente a bainha interna é utilizada para o consumo, o restante composto por caule
(estipe), folíolos e bainhas externas e internas são descartados tornando-se um
passivo ambiental (VASCONCELLOS, 2002), outra utilização do resíduo do palmito
é como adubo orgânico.
Desta forma, a briquetagem constitui uma das alternativas para o melhor
aproveitamento dos resíduos de biomassa, consistindo num processo de trituração e
compactação que utiliza elevadas pressões para transformar os referidos resíduos
metálicos e vegetais em blocos denominados de briquetes, estes apresentam
elevado potencial de geração de calor (energia) quando comparado aos resíduos in
natura (MOTA, 2009).
A briquetagem consiste na compactação de resíduos, é um processo muito
vantajoso no que diz respeito à armazenagem de material, onde ocorre uma grande
redução de volume do material, isso implica em um armazenamento de energia
maior em um menor espaço para estocagem.
A grande quantidade de resíduos gerados pelas indústrias é um fato que traz
inúmeros problemas para os fabricantes, o meio ambiente e a sociedade em geral.
Nesse contexto, a briquetagem, destacou-se como método adequado ao
processamento desses materiais e tornou-se o método pioneiro de aglomeração. A
primeira patente relacionada à briquetagem foi concedida a William Easby, em 1848.
O processo desenvolvido por Easby possibilitava a formação de aglomerados
sólidos de tamanho e forma variados, a partir de frações finas de qualquer tipo de
carvão, por meio da pressão exercida sobre esse material. Por esse processo,
materiais de pequeno ou quase nenhum valor agregado podiam ser transformados
em um produto de elevado valor combustível para máquinas a vapor, forjas, culinária
e outras aplicações, permitindo recuperar grande parte dos finos considerados como
rejeito do processo de beneficiamento de carvão (CETEM, 2011).
15
Na geração de energia a partir da biomassa vegetal, um parâmetro que deve
ser controlado é o teor de umidade < 25% uma vez que, quanto menor o teor de
umidade maior será a produção de calor por unidade de massa, sendo que a
presença de água representa poder calorífico negativo, pois parte da energia
liberada é gasta na vaporização da água e se o teor de umidade for muito variável,
poderá dificultar o processo de combustão, havendo necessidade de constantes
ajustes no sistema (AMAYA et AL., 2007; ANDREJKO; GROCHOWICZ, 2007).
Portanto, o objetivo deste projeto foi avaliar o teor de umidade das fibras
provenientes da palmeira real australiana, bem como a composição (EDS) das
mesmas e o teor de cinzas, para utilizá-la para a produção de briquete e estudar a
capacidade de reaproveitamento do resíduo ferroso de fundição, reciclados em
forma de briquetes auto-redutores.
1.1. Objetivo e Justificativa
O objetivo principal do projeto foi desenvolver um briquete a partir do
reaproveitamento do resíduo ferroso de fundição e resíduos provenientes da fibra da
palmeira.
Para avaliar a capacidade da fibra da palmeira e do resíduo de ferro fundido
na obtenção do briquete foram necessárias as seguintes etapas de caracterização:
Determinação do teor de umidade e cinzas das fibras da palmeira;
Caracterização química das fibras da palmeira;
Obtenção do briquete;
Determinação do poder calorífico do briquete;
Determinação da resistência à compressão.
16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Briquetagem
O Brasil possui 60 indústrias de briquetagem entre pequenas, médias e
grandes com uma produção mensal de 51,7 mil toneladas de briquetes
comercializados e uma quantidade de 350 briquetadeiras mecânicas de pistão em
funcionamento parcial ou total. Cerca de 70% das indústrias de briquetagem
trabalham independentes, compram descartes de terceiros, industrializam este
material e vendem briquetes para o mercado industrial ou de serviços como
agroindústrias, padarias, pizzarias e restaurantes (GENTIL, 2008).
Uma das primeiras iniciativas de utilização industrial do processo de
briquetagem ocorreu no início da década de 60 na Companhia Siderúrgica Belgo
Mineira, com a instalação de um equipamento da empresa alemã Humboldt, para
briquetagem de finos de carvão vegetal (CETEM, 2011).
Em 1965, a Companhia Brasileira de Briquetes, situada em Mateus Lemes,
MG, iniciou suas atividades de prestação de serviços de briquetagem,
principalmente de finos de carvão vegetal, com uma máquina de fabricação
japonesa, para uso doméstico e na siderurgia, em fornos cubilot. A empresa
trabalhou também na fabricação de máquinas e instalações de briquetagem
(CETEM, 2011).
A partir de 1974, a Empresa Carvel, estabelecida em Contagem, MG, iniciou
suas atividades na área de briquetagem, fabricando equipamentos e processando
diversos materiais, entre os quais o carbonato de sódio, usado na dessulfuração de
gusa nas usinas siderúrgicas integradas (CETEM, 2011).
Em 1994, a CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão iniciou seus trabalhos
voltados para o aproveitamento de seus resíduos, colocando em operação uma
instalação experimental de briquetagem de lama de aciaria e outros resíduos,
contando atualmente com uma capacidade instalada de briquetagem da ordem de
20.000 t/mês (CETEM, 2011).
17
A recente preocupação ambiental, resultando em leis cada vez mais rígidas,
fez com que a briquetagem ganhasse um novo impulso de aplicação na indústria.
Hoje ela constitui-se numa excelente alternativa para a reutilização de rejeitos
industriais (finos de carvão vegetal, turfa, plásticos, lixo biológico, limalhas metálicas
e outros) seja como fonte de energia, ou seja, como matéria prima (SILVA, 2007).
Porém devem-se avaliar para o processo de briquetagem os seguintes parâmetros:
Avaliação do material que será briquetado, com levantamento das
propriedades após briquetagem, características físicas e químicas;
Avaliação do processamento de briquetagem com aglomerante ou sem;
processo à quente ou à frio;
Cálculo do percentual de adição dos aglomerantes e agente redutor;
Definição do pré-processamento para secagem, avaliação granulométrica
para mistura; teor de umidade;
Condição de estocagem e armazenamento após processamento.
Finalmente avaliação da viabilidade econômica e custo benefício do
processamento.
2.1.1. O processo de briquetagem
O termo aglomeração é empregado para designar algumas operações
aplicadas a materiais de granulometria fina para transformá-los em corpos ou
fragmentos coesos, por meio da ligação rígida das partículas entre si, através de
mecanismos físicos e/ou químicos, conferindo-lhes tamanho e forma adequada à
sua utilização. As tecnologias de aglomeração surgiram da necessidade de
aproveitamento das frações mais finas do processamento de minérios, carvões ou
ainda resíduos em geral. Os três principais processos de aglomeração de finos
usados na indústria mínero-metalúrgica são a pelotização, a sinterização e a
briquetagem, cujos produtos respectivos são a pelota e o briquete (CETEM, 2011).
18
A briquetagem consiste na aplicação de pressão na mistura de finos de
resíduos com objetivo de obter um corpo compacto de forma pré-definida. Neste
processo são utilizados moldes ou matrizes de tamanho e forma convenientes e
pode ser executado com auxílio ou não de aglutinantes, dependendo da matéria-
prima empregada e das propriedades requeridas ao elemento constituído,
denominado briquete (ZAGO et al., 2010).
Os aglutinantes são utilizados quando o material a ser aglomerado não possui
resistência à compressão e ao impacto após a compactação. Em resíduos
siderúrgicos normalmente é empregado um aglomerante composto de cal (CaOH) e
melaço de cana. Outros aglomerantes utilizados são o silicato de sódio ou ainda
resíduos da indústria alimentícia ou papeleira, como o lignosulfonato ou soluções de
dextrina. Os briquetes produzidos com aglutinantes são normalmente produzidos em
baixas pressões, de maneira a evitar uma nova fragmentação das partículas. Para a
produção de briquetes sem aglutinantes, necessita-se que as partículas estejam
situadas o mais próximo possível uma das outras, compensando a ausência de uma
substância aglutinante. Muitos materiais orgânicos e inorgânicos podem ser
briquetados sem a utilização de aglutinantes (RENOVA RECICLAGEM; 2011).
Depois de fabricados, os briquetes devem possuir as qualidades necessárias
à sua aplicação, tais como: resistência à compressão, ao impacto, à abrasão e à
penetração de água (MELO, 2000).
Essas características permitirão aos briquetes serem manuseados, estocados
e resistirem a choques ou gradientes térmicos, mantendo sua integridade. Dentre os
ensaios a serem realizados pode-se medir a resistência à compressão, à quedas e a
gradientes de temperatura sem colapso, ou seja, temperatura de choque ou
percentual de briquetes crepitados em determinada faixa de temperatura. Estes são
fatores importantes a serem medidos em briquetes que terão por finalidade a
inclusão na carga de fornos de fundição (MELO, 2000).
Na Figura 2.1 evidencia o esquema de funcionamento da briquetagem através
de rolos e da forma das cavidades presentes nos rolos em um equipamento aberto.
O material após misturado é vertido na prensa que copiará seu perfil e dimensão.
19
Figura 2.1: Cavidades dos rolos de briquetagem (RENOVA RECICLAGEM, 2011).
No processo de aglomeração de partículas finas em prensas, as forças de
atração intermolecular de Van der Waals apresentam uma forte influência na união
das partículas. Entretanto, somente, tornam-se efetivas, quando a distância entre
essas partículas é reduzida pela ação de uma elevada força externa (RENOVA
RECICLAGEM; 2011).
Na aplicação da pressão externa ao material a ser briquetado, podem ser
utilizados três processos:
Briquetagem em prensas de rolos (Figura 2.2), onde o material flui
continuamente, entre dois rolos paralelos, com cavidades ou moldes dispostos em
sua superfície, de tamanho e forma adequados, rigidamente ligados entre si, girando
com a mesma velocidade de rotação, todavia em sentidos contrários;
Briquetagem por extrusão contínua em máquinas do tipo maromba;
Briquetagem em prensas hidráulicas, em que os moldes são preenchidos, de
forma intermitente (RENOVA RECICLAGEM; 2011).
20
Figura 2.2: Compressão em prensas de rolos (CETEM, 2011)
Os briquetes apresentam as seguintes vantagens:
Excelente relação custo x benefício, quando comparado a substituição
parcial por sucata de aço;
Opção adicional de matéria-prima: substituição parcial das matérias-prima
padrão (sucata de ferro, ferro gusa, sínter, etc.);
Preparação dos cestos de sucatas: por ter alta densidade, o briquete é um
agente facilitador no processo de montagem de cargas frias;
Facilidade de armazenamento e transporte;
Produto com composição química pré-definida conhecida e garantida em
função de se conhecer a composição dos materiais adicionais para mistura
e confecção dos briquetes;
Matéria prima própria.
21
A Figura 2.3 evidencia o processo de briquetagem.
Figura 2.3: Esquema do processo de briquetagem (RENOVA RECICLAGEM; 2011).
2.1.2. Briquetagem com aglomerantes
O aglomerante é utilizado para melhorar a resistência à compressão e ao
impacto, e proporcionar a adesão das partículas. Os aglomerantes podem ser
classificados em líquidos, sólidos, solúveis e insolúveis em água. Na Tabela 2.1
apresenta alguns tipos de aglomerantes.
Tabela 2.1: Exemplos de aglomerantes (CETEM, 2011).
Tipo Matriz Tipo Filme Aglutinantes Químicos
Alcatrão Água Ca(OH)2 + melaço
Asfalto de petróleo Silicato de Sódio Silicato de sódio + CO2
Cimento Portland Lignosulfonatos Epóxis
22
2.1.3. Características dos briquetes
Godinskii et al. (2003) fez uma avaliação referente à empregabilidade de
briquetes de resíduos siderúrgicos para fornos a arco, defendendo a idéia de
reciclagem dos resíduos gerados pela planta metalúrgica no local de geração. A
principal razão dos pesquisadores é a compatibilidade entre resíduos gerados e a
carga utilizada no processo. Enfatizam que os briquetes de resíduos siderúrgicos,
com auxílio de agente redutor e ligantes viabilizam a reintrodução dos resíduos na
indústria.
Segundo Santos (2011) as características básicas dos briquetes não alteram
muito de um resíduo para outro, com exceção dos briquetes produzidos a partir de
cascas de arroz, os quais apresentam vantagens e desvantagens. Como
desvantagens podemos citar:
O teor de Fe contido na composição do briquete, onde poderá ocorrer
oxidação antes destes se incorporarem ao banho e acarretar maior
formação de escória;
A densidade, que é definida como a relação entre a sua massa e o seu
volume, quanto maior a densidade maior incorporação ao banho no forno;
Cálculo para atingir a composição química adequada do briquete, que
implicará a incorporação de alguns teores dos elementos específicos para
alcançar a composição.
E como vantagens podemos citar: Alta densidade de resíduos prensados,
com elevado poder calorífico; Controle do descarte de resíduos; Formato geométrico
que facilita transporte e manuseio; Possibilidade de adequação da composição
química para substituição parcial ou total da carga de sucata de aço, gusa, ou
retorno de canal no forno.
A Tabela 2.2 evidencia as características obtidas pela Biomachine (primeira
empresa de briquetagem).
23
Tabela 2.2: Características dos briquetes (BIOMACHINE, 2011).
Características Valores
Umidade 10 a 12%
Carbono Fixo 13,6 %
Cinzas 2%
Materiais Voláteis 84,40%
Poder Calorífico 4300 a 5000 Kcal/kg
Densidade 1000 a 1300 Kg/m3
2.2. Biomassa: uma energia brasileira
O termo Biomassa é ainda pouco conhecido, mais está a cada dia sendo mais
estudado para atuar no cotidiano brasileiro. Por ser considerado uma fonte de
energia não poluente, a biomassa é caracterizada como matéria orgânica, de origem
animal ou vegetal, podendo ser utilizada na produção de energia (BUZIN, 2009).
Todos as fontes biológicas que podem ser aproveitados como fontes de
energia são chamados de biomassa; dentre as matérias-primas mais utilizadas estão
a cana-de-açúcar, o eucalipto, o lixo orgânico (que dá origem ao biogás), resíduos
(casca de arroz, casca da soja, bagaço da laranja, entre outros), além de alguns
óleos vegetais (amendoim, soja, dendê), as fibras (de coco).
Espera-se, que a utilização da biomassa como fonte de energia, aumente
consideravelmente, através de uma política clara de comercialização, pela sua
vantagem de geração descentralizada, próxima aos pontos de carga e pelos
benefícios ambientais decorrentes da sua utilização (ĐERČAN et AL., 2012).
2.2.1. Biomassa e Bioenergia
A biomassa é uma fonte de energia abundante em nosso país, sendo muito
utilizada em processos industriais. Ao longo dos anos o homem vem se aproveitando
do potencial econômico dos vegetais, dessa forma usinas, serrarias, industriais,
entre outros, utilizam-se da biomassa vegetal para inúmeros processos de
24
beneficiamento de matérias ou para a obtenção de energia, porém as indústrias com
base no setor florestal possuem baixo rendimento, aproveitando uma pequena parte
do material, gerando assim, uma grande quantidade de resíduos lignocelulósicos
(BUZIN, 2009; LUCENA et al., 2008).
Boa parte dos resíduos lignocelulósicos gerados pelas indústrias podem ser
reaproveitados para fazer pequenos objetos, chapas, ou para gerar energia, sendo
queimados diretamente ou transformados em pellets ou briquetes, sendo que este
último representa uma das fontes tecnológicas de melhor aproveitamento de
resíduos(SAIDUR et al., 2011).
A briquetagem é um processo eficiente, concentrando uma grande quantidade
de energia oriunda da biomassa em uma pequena unidade de área, tendo em vista
que os briquetes possuem no mínimo cinco vezes mais energia que os resíduos que
os originaram, sendo que seu poder calorífico é superior até ao da lenha (BUZIN,
2009).
A briquetagem é um processo muito vantajoso no que diz respeito à
armazenagem de material, visto que com a briquetagem ocorre uma grande redução
de volume do material, isso implica em um armazenamento de energia maior em um
menor espaço para estocagem. Além disso, há vantagem de diminuir os custos com
o transporte, visto que, em decorrência do fato do material estar condensado,
poderá ser transportada uma quantidade muito superior de biomassa em espaço
físico reduzido (BIOMAX, 2011).
Estima-se para 2100 oito tipos de energia, sendo carvão 2% e lenha 2%. Ou
seja, seis novos tipos de energia entrarão no cenário civilizatório, entre elas a
moderna biomassa e dentro desta, os descartes ligno-celulósicos e o briquete de
madeira. O destaque desta projeção para 2100 é que a energia solar seria a
dominante (GENTIL, 2008). A Figura 2.4 elucida este fato.
25
Figura 2.4: Fluxo de 1850 a 2100 da demanda em % de combustíveis fósseis, biomassa e outras
energias (GENTIL, 2008).
2.2.2. O briquete de fibra da palmeira
As fibras de palmeira podem ser extraídas de várias espécies. Uma
característica fundamental da espécie eleita é a qualidade do produto (rendimento,
textura, coloração, etc) e o tempo necessário para a planta estar apta à colheita.
Palmeiras do gênero Archontophoenix vêm sendo usadas recentemente para a
produção de palmito devido às suas características de qualidade, precocidade e
rusticidade. Como o cultivo é recente, não é sabido se há diferenças na
produtividade e qualidade do palmito entre as espécies (HUSAIN; ZAINAC;
ABDULLAH, 2002).
26
Figura 2.5: Resíduos obtidos da palmeira (SIMAS et al, 2010).
2.3. Auto-Redução
Auto-redução é aplicada ao processamento metalúrgico de óxidos metálicos
onde um agente de redução sólido, geralmente material com teores razoáveis de
carbono fixo está intimamente misturado com os óxidos metálicos a serem
reduzidos. Desta forma ocorre a coesão, na qual ao ser submetido a um gradiente
térmico em atmosfera controlada, realiza à redução do metal. Estes aglomerados
auto-redutores podem ser considerados auto-reagentes (BUZIN, 2009).
Na Figura 2.6 visualiza-se uma representação esquemática e simplificada de
um aglomerado auto-redutor.
Figura 2.6 : Aglomerado auto-redutor.
A função da fibra é atuar como um agente redutor em virtude do percentual de
carbono da mesma somado com o percentual de carbono do carvão vegetal utilizado
27
em menor quantidade auxiliará na redução do óxido metálico (óxido de Fe), onde se
pode aproveitar o Fe metálico.
Usualmente o conceito de redução está vinculado à remoção do oxigênio dos
óxidos de ferro, ocorrendo à diminuição do grau de oxidação inicial. Caso haja
remoção de todo o oxigênio dos óxidos, diz-se que o metal está completamente
reduzido. Neste sentido, o grau de redução de um material se refere ao percentual
de oxigênio removido em relação ao oxigênio inicial (ARAÚJO, 1997).
Com a inserção de um agente aglomerante ligante pode-se processar
aglomerados auto-redutores na forma de briquetes, proporcionando o
aproveitamento de resíduos industriais, transformando-os em uma matéria-prima
convencional ao processo.Uma baixa granulometria do agente redutor favorecerá a
utilização de carbono proveniente de biomassa. Desta forma, neste projeto foi
utilizado resíduo de biomassa e ferro fundido para produção de briquetes.
2.4. Ferros fundidos
É o termo genérico utilizado para as ligas Ferro-Carbono nas quais o
conteúdo de Carbono excede o seu limite de solubilidade na austenita na
temperatura do eutético. A maioria dos ferros-fundidos contém no mínimo 2% de
carbono, mais silício (entre 1 e 3%) e enxofre, podendo ou não haver outros
elementos de liga (LOPES, 2006). Com base no diagrama de equilíbrio ferro
carbono, pode-se definir ferro fundido como uma liga ferro-carbono, onde o carbono
possui teores maiores que 2%, apresentando-se na forma de carbono combinado. O
ferro fundido é considerado como uma liga ternária Fe-C-Si, uma vez que o silício
aparece naturalmente junto com o carbono, algumas vezes em porcentagem
similares ou maiores que o próprio carbono (CETEM, 2011).
Além da composição química, outros fatores importantes que afetam as
propriedades são: o processo de solidificação, a taxa de solidificação e os
tratamentos térmicos posteriores. Elementos de liga são adicionados para melhorar
as propriedades de resistência ao desgaste, abrasão e corrosão, dureza.
28
2.4.1. Fornos elétricos de indução
Os fornos elétricos de indução são fornos usados para a fusão e afinação de
vários tipos de ligas ferrosas e não ferrosas, os quais garantem um bom controle
químico das ligas que são elaboradas. O rendimento destes fornos é bom, embora,
se utilize uma carga metálica parcialmente líquida transferida de fornos auxiliares.
Funcionam sob o mesmo princípio de um transformador e se subdivide em:
Fornos de indução de baixa freqüência (até – 50hz);
Fornos de indução de média freqüência (volta dos 500hz);
Fornos de indução de alta freqüência (acima dos 5000hz).
Fornos de indução a vácuo, geralmente, é usado para baixa freqüência,
consiste de uma bobina primária (refrigerada por fluxo de um fluido) pela qual é
percorrida por corrente alternada, induzindo um campo eletromagnético alternado,
ou seja, gera correntes parasitas ou correntes de Foucault no metal produzindo um
efeito de aquecimento no metal de carga (cadinho) que atuam como bobina
secundária. A profundidade (s) de penetração da corrente é dependente da
freqüência (f) na carga, de tal forma que a relação S/√f deve ser constante, para
fundir o metal. Comparando os fornos de indução de baixa e de alta freqüência se
pode indicar que:
A agitação é tanto maior, quanto mais baixa for à freqüência;
A agitação do banho pode destruir a camada protetora de escória e
promover a inclusão de óxidos;
Os refratários duram menos tempo nos fornos de baixa freqüência, devido
à agitação do banho metálico. Na fase de arranque as correntes de alta
freqüência desenvolvem mais calor que as de baixa freqüência;
29
As cargas mais utilizadas, nos fornos de indução, incluem sucata de aço,
sucata de ferro fundido, retornos, ferro-silício e carbono. No entanto, a carga varia
em função do tipo de produto se deseja obter.Forno de indução típico: potência de
150 kW, capacidade 13ton. Velocidade de fusão 2500 kg/h. Temperatura de trabalho
600 a 1750°C (LOPES, 2006).
O processo de carregamento para utilização do briquete em forno de 3 ton
consiste em:
1. Carregar o forno com sucata de aço ou liga a ser fundida;
2. A seguir, se liga a corrente de alta freqüência é passada através da bobina
primária;
3. Após carregar 30% da matéria-prima total, adiciona-se de 2 a 3,5% de
briquete;
4. Carregar o forno com o restante da carga;
5. Esperar a fusão total do material;
6. Coletar amostra de escória para análise, e amostra do metal fundido.
O mix operacional para carregamento do forno é de importância no caso de
fornos à indução para que ocorra a perfeita incorporação do material ao banho.
30
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para avaliar a capacidade dos resíduos de ferro fundido e das fibras da
palmeira para a produção do briquete foi necessário caracterizar as matérias-primas.
O fluxograma da Figura 3.1 descreve um esquema geral simplificado das etapas que
foram desenvolvidas neste projeto.
Figura 3.1: Fluxograma das etapas de análise.
31
3.1. Obtenção das matérias-primas
3.1.1. Fibras naturais
As fibras provenientes da palmeira real australiana foram gentilmente
fornecidas pela Empresa Terra Marajó. Primeiramente as fibras foram cortadas,
secas em estufa a 60ºC em seguida foram peneiradas em uma peneira de 10, 20 e
40 mesh, conforme evidenciado nas Figuras 3.2 e 3.3.
(a) (b)
Figura 3.2: (a) Fibras da palmeira e (b) Triturador.
32
Figura 3.3: Peneiras granulométricas.
Este procedimento foi adotado, pois o diâmetro do briquete a partir de
biomassa deverá ser quando de madeira para queima em caldeiras, fornos e lareiras
é de 70 mm a 100 mm e com comprimento de 250 mm a 400 mm. Outras dimensões
com diâmetros de 28 mm a 65 mm são usadas em estufa, fogão de alimentação
automática, grelha e churrasqueira (GENTIL, 2008).
3.1.2. Resíduo de pó de jateamento de ferro fundido
O resíduo de ferro fundido foi oriundo de fundição da Empresa BR Metals e
proveniente da atividade de jateamento virabrequins. Nesta atividade o resíduo é
controlado pelo meio ambiente e descartado em caçambas e posteriormente
armazenado em bags, onde são retirados periodicamente por empilhadeiras e
destinado ao setor de descarte de resíduos. Foi feito um levantamento prévio dos
resíduos gerados na fábrica e analisados para posterior mistura. Este resíduo foi
peneirado em uma peneira de 100 mesh.
3.2. Caracterização das matérias-primas
3.2.1. Microscopia eletrônica de varredura
As micrografias foram realizadas em um microscópio eletrônico de varredura
JEOL JSM5310 acoplado ao EDS, disponível no Instituto Nacional de Pesquisas
33
Espaciais/INPE, operando de 15 a 20 kV, usando elétrons secundários, a fim de
obter informações quanto à morfologia e composição das fibras. As amostras foram
fixadas em um suporte com auxílio de uma fita de carbono autocolante dupla face e
submetidas ao recobrimento metálico com ouro (fibras e resíduo de ferro fundido).
A composição química das matérias primas é de suma importância para a
produção do briquete, para posterior cálculo da composição química dos briquetes e
adequação da mesma, de forma que atendam a necessidade de substituição parcial
das cargas metálicas nos fornos cubilot ou indução. Desta forma, a composição
química das matérias primas foi obtida por uma análise qualitativa por EDS.
3.2.2. Determinação do teor de umidade das fibras
O teor de umidade das fibras da palmeira foi determinado utilizando uma
estufa à 100 oC (ABNT NBR 8112), considerando cinco amostras, utilizando a
equação 3.1.
,100(%)
Mu
MuMsTU (3.1)
Onde: TU é o teor de umidade das fibras, Mu e Ms correspondem as massas
das fibras úmidas e secas.
3.2.3. Caracterização química das fibras
A lignina atua como aglomerante das partículas da madeira (GENTIL, 2008).
A lignina solidificada na superfície faz que o briquete resista à umidade, justificando
a não utilização de produtos aglomerantes como cola, resina, cera ou amido (ALARU
et al., 2011). Portanto, foi realizada a caracterização química das fibras da palmeira
in natura empregando a metodologia analítica para bagaço de cana desenvolvida
por Rocha et al (1997) e validado por Gouveia et al., 2009.
34
3.2.4. Determinação de carboidratos e ácidos orgânicos por CLAE
Os hidrolisados obtidos foram analisados por cromatografia líquida de alta
eficiência (CLAE), utilizando uma coluna Aminex HPX-87H (300 x 7,8 mm, BioRad
Laboratories Ltda) em um cromatógrafo Shimadzu LC-10AD. Como fase móvel foi
empregado H2SO4 0,005 mol.L-1 com fluxo de 0,6 mL.mim-1, a 45°C. Os compostos
foram monitorados com um detector de índice de refração Shimadzu RID-6 A, sendo
os compostos fenólicos presentes nas amostras removidos por cartuchos de
extração sólida Sep-Pak C18 (Waters). Os cromatogramas das amostras foram
comparados com o padrão dos açúcares e ácidos orgânicos a serem analisados. A
quantidade foi feita através de curvas de calibração de cada composto.
3.2.5. Determinação de lignina insolúvel em ácido
O material insolúvel retido no papel de filtro proveniente da etapa de hidrólise
ácida para caracterização química foi lavado com aproximadamente 1,5 L de água
destilada, para remoção de ácido residual (até pH próximo de 7), a seco em estufa à
temperatura de 105°C até massa constante. A porcentagem de lignina insolúvel em
meio ácido foi calculada em relação à massa de material lignocelulósico seco
descontando-se a massa de cinzas presentes na lignina.
3.2.6. Determinação do teor de cinzas
Os materiais resultantes da etapa de determinação de lignina insolúvel foram
colocados em cadinhos de porcelana previamente calcinados e tarados. Em
seguida, esses materiais foram calcinados, inicialmente a 400°C e depois por mais 2
h a 800°C. Após a calcinação, os cadinhos foram resfriados em dessecador e a
massa de cinzas determinada. A massa real de lignina Klason foi calculada
descontando-se a massa de cinzas.
3.2.7. Determinação da lignina solúvel
A quantidade de lignina solúvel foi determinada pela medida de absorbância a
280 mm em um espectrofotômetro UV-visível Perkin Elmer modelo Lambda 25. Uma
35
alíquota de 5 mL do hidrolisado obtido da etapa de hidrólise ácida para
caracterização química dos materiais lignocelulósicos foi transferida para um balão
volumétrico de 100 mL, juntamente com 50 mL de água destilada e 2 mL de NaOH
6,5 molar (pH final próximo a 12). Após agitação, completou-se o volume com água
destilada e essa mistura resultante foi analisada no espectrofotômetro. A equação
3.2 abaixo foi utilizada para determinar a concentração de lignina solúvel no
hidrolisado:
(3.2)
Onde: CLig: Concentração de lignina solúvel no hidrolisado (g/L);
A280nm: Absorbância do hidrolisado em 280 nm;
εHMF: Absortividade do hidroximetilfurfural (114 L.g -1);
εFurf : Absortividade do furfural (146,85 L.g -1);
CHMF: Concentração de hidroximetilfurfural no hidrolisado (g/L);
CFurf: Concentração de furfural no hidrolisado (g/L);
A: Absortividade da lignina para o bagaço de cana-de-açúcar (19,6 L/g)
(ROCHA et al., 1997).
3.2.8. Determinação de furfural e hidroximetilfurfural
Furfural e hidroximetilfurfural foram determinados por CLAE, em uma coluna
LiChrospher 100 RP-18 (5µm) de 125 x 4 mm (Hewlett-Packard), utilizando-se
acetonitrila/água 1:8 (v/v) com 1% á ácido acético como fase móvel, a uma vazão de
0,8 mL.mim-1 a 25°C. O hidrolisado obtido foi previamente diluído com água na razão
Clig= (A280nm – εHMF ). (CHMF – εFurf.CFurf )
A A
36
de 1:100, filtrado em membrana de diâmetro de poro de 0,45 µm (Millipore), e
injetado com uma válvula Rheodyne equipada com alça de injeção de 20 µL. Os
compostos foram detectados a 276 nm, em um detector UV/Visível Shimadzu SPD-
10. As concentrações de furfural e hidrometilfurfural foram determinadas a partir de
curvas de calibração obtidas com os compostos puros.
3.2.9. Análise Elementar das fibras
Para a análise elementar, as amostras foram moídas e peneiradas, sendo
utilizada a fração que passou pela peneira 200 mesh e ficou retida na de 270 mesh.
A quantificação dos teores de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre em relação à
massa seca das fibras de palmeira real australiana foi realizada em um analisador
universal da marca Elementar, modelo Vario Micro Cube. O analisador utiliza, como
gases de arraste e ignição, o hélio e o oxigênio, respectivamente. Foram
acondicionadas 2 mg da amostra em cápsulas de estanho e completamente
incineradas a 1200 °C.
Figura 3.4: Equipamento de análise elementar: Vario Micro Cube.
3.3. Briquetes
3.3.1. Preparação dos briquetes
O processo de aglomeração das matérias-primas para briquetagem foi
realizado em briquetadeira do tipo de rolos na empresa RENOVA. Utilizou-se 2,6 kg
37
de fibra de palmeira real australiana com granulometria de 100 mesh, onde foi
preparada a mistura como evidenciado na Tabela 3.1.
Tabela 3.1: Materiais utilizados na composição do briquete.
Materiais %
Resíduo Metálico 88
Melaço 4
Cal Hidratada 4
Fibra Redutora 4
Total 100
3.3.2. Obtenção do briquete
De acordo com a Tabela 3.1 com as proporções para confecção dos
briquetes, sendo 88% em massa de resíduo metálico e os 12 % dos demais
constituintes, pode-se efetuar a aglomeração a frio dos materiais em briquetadeira
no grupo Renova-SP. Os briquetes foram confeccionados com 50 mm de
comprimento e 25 mm de largura.
(a) (b)
Figura 3.5: (a) Confecção dos briquetes; (b) Briquete obtido na RENOVA.
38
3.4. Caracterização dos briquetes
3.4.1. Ensaio de compressão
A avaliação dos briquetes foi analisada por meio de ensaios de compressão
em um equipamento para medição de ponto de ruptura à compressão fabricado pela
empresa Peso Real Ltda., localizado na Empresa Renova, em SãoPaulo. Os ensaios
foram realizados com 3 tipos de preparação dos briquetes aplicando-se
hidraulicamente pressão onde foram registrados os picos de ruptura:
1. Briquete de resíduo de aço rolamento sem agente redutor;
2. Briquete do resíduo do aço rolamento com 2% de carvão vegetal como
agente redutor;
3. Briquete do resíduo do aço rolamento com 2% de fibra de palmeira real
australiana como agente redutor.
3.4.2. Determinação do poder calorífico
O poder calorífico superior foi determinado em um calorímetro digital, modelo
IKA C-200, conforme a norma NBR 8633 (ABNT, 1984). No departamento de
engenharia química/UFLA.
Figura 3.6: Calorímetro digital IKA C-200.
39
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Microscopia eletrônica de varredura
A Figura 4.1 elucida a morfologia das fibras da palmeira, nas quais
apresentam uma superfície lisa ,estrutura porosa e oca com formas cilíndricas.
(A) (B)
Figura 4.1: MEV das fibras da palmeira.
A análise realizada por energia dispersiva, EDS, determinou a composição de
forma qualitativa da fibra, a qual apresentou 39,52% de Carbono e 60,48% de
Oxigênio. A Figura 4.2 evidencia o EDS das fibras. A quantidade de carbono foi
satisfatória, pois quanto maior o teor de carbono fixo maior o calor gerado.
40
Figura 4.2: EDS das fibras da palmeira.
Figura 4.3: MEV do ferro fundido em diferentes aumentos.
A Figura 4.3 evidência o aspecto do ferro fundido.
41
Analisando o EDS do ferro fundido (Figura 4.3), foi possível determinar a
composição química elementar e caracterizá-lo como ferro fundido nodular, onde
pode-se verificar pelo formato poroso da microestrutura em MEV, a qual apresentou
26% de Ferro, 12% de Magnésio, 14% de Silício e 6% de Carbono.
Figura 4.4: EDS do ferro fundido.
O ferro metálico, elemento este que não depende da presença do oxigênio
para se agregar à massa metálica da corrida processada, contendo no máximo 10 a
12% de óxido de ferro, sendo o FeO o que aparece em maior percentual. A fim de
recuperarmos o ferro existente no óxido, adicionamos na mistura carbono na forma
de carvão vegetal, com granulometria máxima de 50 mesh, que na presença de
temperatura e ao longo do tempo provoca a redução do óxido de ferro presente,
levando-nos a obter um metal com alto teor de ferro metálico.
4.2. Determinação do teor de umidade
O valor determinado do teor de umidade das fibras da palmeira foi de 18,3 ±
2. A umidade de um material está relacionada com o seu teor de água, no caso do
briquete o valor de 10 a 12% de umidade é considerado baixo em relação à lenha
convencional (BIOMAX, 2011). Analisando-se a Tabela 2.2 com o valor encontrado
observa-se a fibra da palmeira poderá ser utilizada para a produção de briquetes.
42
Gentil (2008) também sugere um teor de umidade igual ou menor de 25% como
adequado para a combustão. Teores elevados de umidade demandam muita
energia para secar a lenha, diminuindo a quantidade de energia disponível para a
secagem da serragem.
4.3. Caracterização química das fibras
Na Tabela 4.1 podemos analisar a composição dos componentes da fibra de
palmeira.
Tabela 4.1: Composição química das fibras da palmeira.
Componentes Fibra
Celulose 47,8 ± 5,2
Hemicelulose 23,7 ± 3,1
Lignina 25,9 ± 2,4
Cinzas 1,8 ± 0,3
TOTAL 99,2
A análise da composição química das fibras da palmeira evidenciou o teor de
25,9 ± 2,4 lignina que pode promover a colagem entre as partículas adensadas.
Segundo, Gentil (2008) a lignina solidificada na superfície faz que o briquete resista
à umidade facilita a colagem, justificando a não utilização de produtos aglomerantes
como cola, resina, cera ou amido. Os aglutinantes são utilizados quando o material a
ser aglomerado não possui resistência à compressão e ao impacto, após a
compactação. Além de permitirem uma maior adesão das partículas finas, os
aglutinantes podem aumentar ou diminuir as propriedades coqueificantes do material
a ser briquetado.
4.4. Análise Elementar das fibras
A partir dos resultados obtidos pela análise elementar (Tabela 4.2), foi
possível confirmar que o percentual de enxofre elemento deletério foi relativamente
43
baixo e o percentual de carbono foi considerado ideal para a confecção do briquete
e atuação no processo de redução
Tabela 4.2: Análise Elementar das fibras.
Análise Elementar
N C H S
Fibra 1,35 41,21 5,48 0,15
1,32 42,75 5,62 0,14
Média 1,34 41,98 5,55 0,14
4.5. Caracterização dos briquetes
4.5.1. Determinação do poder calorífico
A Tabela 4.3 demonstra o acréscimo do poder calorífico em relação a
diferentes valores de massa, sabe-se que ocorre a liberação da energia pelo
processo exotérmico antes do total aquecimento das fibras. A queima e processo de
redução favorece o aumento de carbono onde este combinado com oxigênio formam
o dióxido de carbono e permitem a liberação do Fe metálico.
Tabela 4.3: Análise do Poder calorífico
Briquete Palmeira Real Australiana
Massa Poder Cal. Média
0,3614 1426
1488 ± 57,2 0,2866 1498
0,2775 1539
4.5.2. Ensaio de compressão
Analisando-se os resultados obtidos dos briquetes após o ensaio de
compressão observou-se um incremento da resistência dos briquetes de palmeira
real australiana quando comparados aos briquetes de carvão vegetal como agente
44
redutor. O equipamento utilizado para o ensaio tem capacidade de 9807 N
localizado na empresa Renova –SP, a medida foi executada no mesmo dia de
produção e 20 dias depois. O briquete de resíduo de aço sem agente redutor
apresentou resistência à compressão de 55,1± 6 kgf/cm2, o briquete de resíduo de
aço com carvão vegetal como agente redutor apresentou 61,2 ± 5,1 kgf/cm2 de
resistência a compressão contra 59 ± 10,5 kgf/cm2 do briquete de resíduo de aço
mais fibra de palmeira real australiana.
Pode-se observar que o briquete de resíduo de aço com fibra de palmeira real
australiana apresentou valores para o ensaio de compressão próximos ao briquete
com carvão como agente redutor, o qual é comercializado, conforme Figura 4.5.
Deve-se levar em consideração para a variação alta do desvio padrão do briquete
com fibra de palmeira a proporção de fibra utilizada que foi de 4%.
Figura 4.5: Ensaios de compressão comparativo entre briquete de fibra de palmeira e briquete
comercialmente vendido Renova.
O comportamento do briquete de fibra de palmeira real australiana como
agente redutor foi positivo para utilização no processo de fundição com o devido
controle da composição química do mesmo e da inserção deste nos fornos de
indução.
45
O ensaio de compressão foi essencial para analisar a resistência do briquete
visto que o mesmo será inserido no meio da carga em fornos de indução e após
adiciona-se a sucata de aço para realizar uma carga tipo sanduíche.
46
5. CONCLUSÕES
Com base nos resultados levantados pelos métodos de ensaios pode-se
concluir que:
O resíduo de ferro fundido (pó) da empresa BRMETALS apresentou as
características necessárias, para a mistura com a fibra;
O percentual de carbono na fibra permite a aglomeração da mesma e o
resíduo na tentativa de formação de briquete autorredutor;
O teor de umidade das fibras de 18,3%, a qual permitirá a aglomeração;
O briquete com palmeira real australiana apresenta propriedades similares
ao briquete com carvão vegetal comercializado;
O teor de lignina da fibra de palmeira real australiana facilitou a
aglomeração do material;
Foi desenvolvido um briquete com propriedades similares ao
comercialmente vendido;
No ensaio de análise elementar a média de 0,14 para teor de enxofre foi
significativa para a confecção do briquete visto que teores acima de 0,20
seriam considerados deletérios;
O teor de carbono da fibra de 41,28 juntamente com o percentual de
carbono do resíduo foi primordial para o processo de autorredução;
Pode-se observar que o briquete de palmeira real australiana apresentou
valor significativo de resistência à compressão (59kgf/cm2), quando
comparados aos briquetes de carvão vegetal como agente redutor
(61,2kgf/cm2).
47
Desta forma, considera-se que o produto obtido poderá ser empregado
para substituição parcial na carga metálica em fornos de fundição.
48
6. REFERÊNCIAS
ALARU, M.; KUKK, L.; OLT, J.; MENIND, A.; LAUK, R.; VOLLMER, E.; ASTOVER,
A. Lignin content and briquette quality of different fiber hemp plant types and energy
sunflower. Field Crops Research, v.124, p.332–339, 2011.
AMAYA, A.; MEDERO, N.; TANCREDI, N.; SILVA, H.; DEIANA, C. Activated carbon
briquettes from biomass materials. Bioresource Technology, v. 98, p.1635-1641,
2007.
ANDREJKO, D.; GROCHOWICZ, J. Effect of the moisture content on compression
energy and strength characteristic of lupine briquettes. Journal of Food Engineering,
v.83, p.116-120, 2007.
BIOMAX. Disponível em
<http//:http://www.biomaxind.com.br/site/br/briquetagem.html> Acesso em 30 set.
2011.
BIOMACHINE. Briquetes. Disponível em:
http://www.biomachine.com.br/biomachine.asp Acesso em 20 Set 2011.
BRIQUETES, Briquetes no Brasil. Disponível em
<http://infoener.iee.usp.br/scripts/biomassa/br_briquete.asp> Acesso em 30 set.
2011.
BUZIN, P. J. W. K. Desenvolvimento de briquetes auto-redutores a partir de carepas
de processamento siderúrgico para utilização em forno elétrico a arco. 2009. 138f.
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais) -
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.
CENBIO, Centro Nacional de Referência em Biomassa. Disponível em
<http://www.cenbio.org.br>. Acesso em 19 jun. 2011.
49
CETEM, Centro de Tecnologia Mineral. Disponível em
<www.cetem.gov.br/publicacao/CTs/CT2007-072-00.pdf/> Acesso em 03 set. 2011.
ĐERČAN, B.; LUKIĆ, T.; BUBALO-ŽIVKOVIĆ, M.; ĐURĐEV, B.; STOJSAVLJEVIĆ,
R.; PANTELIĆ, M. Possibility of efficient utilization of wood waste as a renewable
energy resource in Serbia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.16,
p.1516-1527, 2012.
GENTIL, L. V. B. Tecnologia e economia do briquete de madeira. 2008. 153f. Tese
(Doutorado em Engenharia Florestal) – Universidade de Brasília, Brasília, 2008.
GODINSKII, N. A.; KUSHNAREV, N. N.; YAKHSHUK, D. S.; KOTENEV, V. I.;
BARSUKOV, E. Y. Use of Iron-Carbon-Bearing briquets in eletric steelmaking.
Metallurgist, v. 47, p. 43-45, 2003.
GONÇALVES, J. E.; SARTORI, M. M. P.; LEÃO, A. L. Energia de briquetes
produzidos com rejeitos de resíduos sólidos urbanos e madeira de Eucalyptus
grandis. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.13, p.657–661,
2009.
GOUVEIA, E. R.; NASCIMENTO, R. T.; SOUTO-MAIOR, A. M.; ROCHA, G. J. M.
Validação de metodologia para a caracterização química de bagaço de cana-de-
açúcar. Química Nova, v. 32, p.1500-1503, 2009.
HUSAIN, Z.; ZAINAC, Z.; ABDULLAH, Z. Briquetting of palm fiber and shell from the
processing of palm nuts to palm oil. Biomass and Bioenergy, v.22, p.505-509, 2002.
LOPES, C. H. Curso básico de Metalurgia. Barra do Piraí, Thyssenkrupp Fundições,
2006.
50
LUCENA, D. A.; Medeiros, R. D.; Fonseca, U. T.; Assis, P. S. Aglomeração de
moinha de carvão vegetal e sua possível aplicação em alto-forno e geração de
energia. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, v.4, p. 1-6, 2008.
MELO, V. P. S. Produção de briquetes de carvão vegetal com alcatrão de madeira.
2000. 64f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal), Universidade Federal de Viçosa,
Salvador, 2000.
MOTA, E. G. Utilização do sinter hidrolisado como fonte de energia. 2009. 76f.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Federal de
Uberlândia, 2009.
PEREIRA Jr., V. B. Alternativas para a co-geração de energia de uma indústria de
chapas de fibra de madeira, Energia na Agricultura, v.17, n.1, p.34-37, 2001.
RENOVA RECICLAGEM, A briquetagem no Brasil. Disponível em
<http://www.gruporenova.com.br/reciclagem_atuacao.asp> Acesso em 30 set. 2011.
ROCHA, G. J. M.; SILVA, F. T.; ARAÚJO, G. T.; CURVELO, A. A. S. A Fast and
Accurate Method for Cellulose and Polyoses by HPLC. In: Fifth Brazilian Syimposium
on the Chemistry of Lignins and Other Wood Components., 1997, Curitiba. Fifth
Brazilian Syimposium on the Chemistry of Lignins and Other Wood Components.,
1997. v. 1. p. 3-8.
SANTOS, F. P. Meio Ambiente e Poluição. Disponível em: <htpp://
http://jus.com.br/revista/texto/4753/meio-ambiente-e-poluicao > Acesso 30 Set. 2011.
SAIDUR, R.; ABDELAZIZ, E. A.; DEMIRBAS, A.; HOSSAIN, M. S.; MEKHILEF, S. A
review on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews,
v.15, p.2262-2289, 2011.
51
SILVA, A. P. Produção de briquetes dos carvões de casca, maravalha e serragem de
eucalipto (Eucalyptus pellita), pirolisados às temperaturas máximas de 400 ºC e 600
ºC, 2007. 24f. Monografia (engenharia Florestal). Universidade Federal Rural do Rio
de Janeiro, Seropédica, RJ, 2007.
SILVEIRA, M. S. Aproveitamento das cascas de coco verde para produção de
briquete em salvador – BA. 2008. 164f. Dissertação (Mestrado em Gerenciamento e
Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo), Universidade Federal da Bahia,
Salvador, 2008.
VASCONCELLOS, G. F. Biomassa- A eterna energia do futuro. Editora SENAC, São
Paulo, 2002.
ZAGO, E. S.; FROEHLICH, A. G.; PELEGRINI, P. H.; SIFUENTES, M. A. O
processo de briquetagem como alternativa de sustentabilidade para as indústrias
madeireiras do município de Aripuanã-MT. IN: Congresso Internacional de
Administração, 2010.
52
7. TRABALHOS FUTUROS
Utilização de 5% de fibra de palmeira real australiana como agente redutor
para confecção de briquete autorredutor e analisar o comportamento do
mesmo;
Modificar quimicamente a fibra de palmeira real australiana para utilizar
como agente redutor em briquete de resíduo de fundição;
Utilização de amido de milho como aglomerante de briquete de resíduo de
fundição e fibra de palmeira real australiana como agente redutor.