universidade federal do rio grande do norte · ao proprietário da empresa “espetinhos de bambu...

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO

UNIDADE ACADÊMICA ESPECIALIZADA EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS - UECIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS

QUALIDADE DE BRIQUETES PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE

BAMBU E SERRAGEM DE MADEIRA

DJAILSON SILVA DA COSTA JÚNIOR

ALEXANDRE SANTOS PIMENTA

Macaíba - RN, 2015

2

DJAILSON SILVA DA COSTA JÚNIOR



Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-Graduação em

Ciências Florestais da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, como

pré-requisito para obtenção do título de

Mestre.

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta

Macaíba - RN, 2015

3

Divisão de Serviços Técnicos

Catalogação da Publicação na Fonte.

Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba

Biblioteca Setorial Professor Rodolfo Helinski

Costa Júnior, Djailson Silva da.

Qualidade de briquetes produzidos a partir de resíduos de bambu e

serragem de madeira / Djailson Silva da Costa Júnior. – Macaíba, RN, 2016.

65 f. -

Orientador (a): Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta

Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. Programa de

Pós- Graduação em Ciências Florestais.

1. Biomassa – Dissertação. 2. Energia Renovável – Dissertação. 3. Lenha Ecológica – Dissertação. 4. Resíduos Agroflorestais – Dissertação. I. Pimenta,

Alexandre Santos. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. IV. Título. RN/UFRN/BSPRH CDU: 551.557.5

4



Dissertação avaliada e aprovada pela banca examinadora:

Orientador:

______________________________________________________________

Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta- UFRN

Examinadores:

_________________________________________________________________

Prof. Drª. Elisabeth de Oliveira - UFCG

____________________________________________________________________

Prof. Dr. Leandro Calegari - UFCG

___________________________________________________________________

Prof. Drª. Rosimeire Cavalcante dos Santos – UFRN

___________________________________________________________________

Prof. Drª. Angélica de Cássia Oliveira Carneiro - UFV

Data de aprovação: 16 /12/2015

Macaíba - RN, 2015

5

DEDICO

A Deus, que nos criou e foi criativo nesta

tarefa. Seu fôlego de vida em mim me foi

sustento e me deu coragem para questionar

realidades e propor sempre um novo mundo

de possibilidades.

“Autor desconhecido”

6

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades.

Aos meus pais, pelo amor, incentivo e apoio incondicional

Ao meu orientador Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta, pelo suporte no pouco tempo

que lhe coube, pelas suas correções e incentivos para que seu orientado fosse adiante.

Assim como os membros da Banca Examinadora, pela disponibilidade, colaboração e

participação, pelas valiosas contribuições.

A esta universidade, seu corpo docente, direção e administração que oportunizaram a

janela que hoje vislumbro um horizonte superior, eivado pela acendrada confiança no

mérito e ética aqui presentes.

A todos que fazem parte do Grupo do Laboratório de Tecnologia da Madeira da

UAECIA - UFRN, pela amizade, companheirismo e apoio a mim dedicado, só assim foi

possível à realização desse trabalho.

Ao proprietário da empresa “Espetinhos de Bambu LTDA”, onde foi coletado o

material para pesquisa.

À Universidade Federal Rural do Semi – Árido (UFERSA) na qual tive a excelente

oportunidade de pôr em prática os ensinamentos de minha profissão, bem como

agradecer aos conhecimentos adquiridos não só nesta universidade, mais a UFCG no

qual me tornei Engenheiro Florestal, na qual sempre terá o meu eterno agradecimento.

A minha grande amiga Ane Fortes e toda sua família, na qual terá sempre meu

reconhecimento e singelos agradecimentos.

E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito

obrigado.

7

COSTA JÚNIOR, Djailson Silva da. Qualidade de briquetes produzidos a partir de

resíduos de bambu e serragem de madeira. 2015. 57f. Dissertação (Mestrado) Ciências

Florestais. PPGCFL/UFRN, Macaíba – RN, 2015.

RESUMO

Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da temperatura de compactação na

qualidade de briquetes produzidos com diferentes proporções de resíduos de bambu e

mix de serragem de madeira. Utilizou-se uma briquetadeira da marca LIPPEL, com

pressão de compactação 150 Bar, tempo de prensagem de 5 min e resfriamento de 2

min.. As temperaturas de prensagem utilizadas foram de 120 ºC, 130 ºC e 140 ºC e as

proporções dos resíduos de bambu e mix de serragem da madeira de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e

0/1, em experimento inteiramente casualizado com 15 tratamentos e 10 repetições.

Foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas e química dos briquetes produzidos.

Determinou-se, ainda a degradação térmica dos briquetes com base na a análise

termogravimétrica. Os dados foram submetidos ao teste de normalidade de Shapiro

Wilk e quando apresentado diferenças significativas os mesmos foram comparados pelo

teste de Tukey ao nível de 5% de significância. De modo a explicar melhor a interação

dos fatores, realizou-se modelo de regressão linear, com o intuito de estimar a (variável

resposta Y), com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2). Em seguida os

dados foram submetidos a análises de agrupamento e componentes principais (ACP), na

seleção de briquetes visando à produção de bioenergia. Os melhores resultados obtidos

foram para os briquetes produzidos à temperatura de 130 °C promoveu maior qualidade

dos briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão

volumétrica. Os briquetes produzidos com as proporções de bambu/serragem de 1/3, 1/1

e 3/1, compactados na temperatura de 120 °C, foram os melhores considerando-se sua

mais alta densidade aparente e mais baixa expansão volumétrica. Os maiores valores de

tensão de ruptura foram obtidos para os briquetes produzidos à 140 °C, no entanto,

apresentaram valores mais elevados de expansão volumétrica e menores densidades

aparentes em relação aos produzidos na temperatura de 120 °C e 130 °C. Verificou-se

que os resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para produção de

briquetes. A análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e

seleção dos briquetes foram eficientes, sendo observada semelhança entre grupos, como

foi possível verificar em previsões feita pelo modelo, onde obteve valores mais altos de

R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de ruptura 0,8132 e

densidade energética 0,6389.

Palavras-chave: biomassa, energia renovável, “lenha ecológica”, resíduos

agroflorestais

8

COSTA JÚNIOR, Djailson Silva da. Briquettes quality produced bamboo waste from

and sawdust. 2015. 57pgs. Master thesis (Master’s degree). Forestry Sciences.

PPGCFL/UFRN, Macaíba – RN, 2015.

ABSTRACT

This study aimed to evaluate the influence of compaction temperature on the quality of

briquettes produced with different proportions of waste and bamboo sawdust. We used a

briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar, 5 min time pressing 2 min

and cooling. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C and the proportions of

components and bamboo sawdust 1 / 0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in a completely

randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical and mechanical

properties and chemistry of briquettes were evaluated. It was determined, also the

thermal degradation of the briquettes by thermogravimetric analysis. The data were

submitted to the Shapiro-Wilk normality test and Tukey test at 5% significance level. In

order to better explain the interaction of the factors was held linear regression model

based on OLS with interest in estimating the (variable Y response), based on the

temperature (X1) and proportion of bamboo (X2) In then the data were subjected to

cluster analysis and principal components (ACP), the selection of briquettes aiming at

the production of bioenergy. The best were those produced briquettes at a temperature

of 130 °C promoted higher quality of the briquettes, but only in terms of density and

volume expansion. The briquettes made with bamboo proportions / sawdust 1/3, 1/1 and

3/1, compressed at a temperature of 120 °C was the best considering its higher bulk

density and lower volumetric expansion. The higher breakdown voltage values were

obtained for the briquettes to 140 °C, however, they showed higher values of volumetric

expansion and smaller bulk densities produced in relation to the temperature of 120 to

130 °C. It was found that the bamboo wood waste or sawdust have potential for the

production of briquettes. The principal component analysis (PCA), employed for the

evaluation and selection of briquettes were efficient, being observed similarity between

produced groups, as we observed in forecasts made, was model , which obtained higher

values of R2 in models adjusted for fixed carbon 0,9941, breakdown voltage 0,8132 and

energy density 0,6389.

Keywords: Biomass, Renewable Energy, Ecological firewood, Waste Agroforestry

9

LISTA DE FIGURAS

CAPÍTULO I

EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO NA QUALIDADE DE

BRIQUETES PRODUZIDOS COM MISTURAS DE BAMBU E SERRAGEM

Figura 1: Curvas TG/DTG dos resíduos de bambu (A) e da serragem (B).............. .... 277

Figura 2A: Densidade aparente, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................34

Figura 2B: Boxplot da Densidade aparente, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................34

Figura 2C. Curva resposta da Densidade aparente, em função da temperatura de

compactação e composição.............................................................................................34

Figura 3A: Densidade energética, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................35

Figura 3B: Boxplot da Densidade energética, em função da temperatura de compactação

e composição...................................................................................................................35

Figura 3C: Curva resposta da Densidade energética, em função da temperatura de


Figura 4A: Expansão volumétrica, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................36

Figura 4B: Boxplot da Expansão volumétrica, em função da temperatura de


Figura 4C: Curva resposta da Expansão volumétrica, em função da temperatura de


Figura 5A: Tensão de ruptura, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................37

10

Figura 5B: Boxplot da Tensão de ruptura, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................37

Figura 5C: Curva resposta da Tensão de ruptura, em função da temperatura de


Figura 6A: Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................38

Figura 6B: Boxplot da Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de


Figura 6C: Curva resposta da Umidade de equilíbrio, em função da temperatura de


Figura 7A: Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................39

Figura 7B: Boxplot do Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de


Figura 7C: Curva resposta da Poder Calorifico Superior, em função da temperatura de


Figura 8A: Umidade, em função da temperatura de compactação e composição...........40

Figura 8B: Boxplot da Umidade, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................40

Figura 8C: Curva resposta da Umidade, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................40

Figura 9A: Teor de carbono fixo, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................41

11

Figura 9B: Boxplot do Teor de carbono fixo, em função da temperatura de compactação

e composição...................................................................................................................41

Figura 9C: Curva resposta do Teor de Carbono fixo, em função da temperatura de


Figura 10A: Teor de cinzas, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................42

Figura 10B: Boxplot do Teor de cinzas, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................42

Figura 10C: Curva resposta do Teor de cinzas, em função da temperatura de


Figura 11A: Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de compactação e

composição......................................................................................................................43

Figura 11B: Boxplot do Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de


Figura 11C: Curva resposta do Teor de materiais voláteis, em função da temperatura de


CAPÍTULO II

CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL ATRAVÉS DE

ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E TERMOGRAVIMÉTRICA

Figura 1. Termogramas obtidos por TGA e Degradação térmica dos briquetes

analisados, representados por ordem

alfabética..........................................................................................................................55

Figura 2. Dispersão dos briquetes de resíduos agroflorestais, considerando as duas

primeiras componentes principais...................................................................................59

Figura 3. Variância explicada acumulada e autovalores obtidos da matriz de

correlação........................................................................................................................60

12

LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO I

EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO NA QUALIDADE DE

BRIQUETES PRODUZIDOS COM MISTURAS DE BAMBU E SERRAGEM

Tabela 1: Análise física e energética dos resíduos “in natura”........................................

...................................................................................................................................... 266

Tabela 2: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples

antes da escolha de variáveis adequadas à estimativa

.................................... ....................................................Erro! Indicador não definido.9

Tabela 3: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples

com as variáveis explicadas adequadas .......................................................................... 32

CAPÍTULO II

CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL ATRAVÉS DE

ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E TERMOGRAVIMÉTRICA

Tabela 1. Valores médios de perda de massa dos briquetes de bambu e serragem de

madeira.............................................................................................................................53

Tabela 2. Resumo da Anova das propriedades energéticas e composição química

imediata dos briquetes (bambu/serragem) em função da temperatura de

compactação....................................................................................................................56

Tabela 3. Resumo da Anova das propriedades físicas dos briquetes (bambu/serragem)

em função da temperatura de

compactação....................................................................................................................57

Tabela 4. Autovalores e proporção da variância total explicada e acumulada pelos dez

componentes principais obtidos a partir das variáveis

originais...........................................................................................................................58

13

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO GERAL ........................................................................................................................... 14

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................... 18

CAPÍTULO I ............................................................................................................................................ 20

Efeito da temperatura de compactação na qualidade de briquetes produzidos com misturas de

bambu e serragem ...................................................................................................................................... 21

Resumo: ..................................................................................................................................................... 21

Abstract: ..................................................................................................................................................... 22

INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 23

MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................................................... 24

RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................... 25

CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 43

LITERATURA CITADA ........................................................................................................................... 44

CAPÍTULO II .......................................................................................................................................... 47

Classificação de briquetes de biomassa vegetal, por meio de análise de componentes principais e

termogravimétrica ...................................................................................................................................... 48

Resumo: ..................................................................................................................................................... 48

Abstract ...................................................................................................................................................... 49

INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 49

MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................................................... 50

RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................... 52

CONCLUSÕES ......................................................................................................................................... 60

LITERATURA CITADA ........................................................................................................................... 61

CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................................................... 65

14

INTRODUÇÃO GERAL

No Brasil, a indústria madeireira é uma grande geradora de resíduos de madeira e,

além disso, há também a geração dos resíduos provenientes do meio urbano

(Wiecheteck, 2009). Esses resíduos na maioria das vezes recebem tratamento

inadequado, ficando expostos ao meio ambiente (Froehlich et al, 2012).

Wiecheteck (2009) classifica os resíduos madeireiros quanto a sua origem, como

industriais ou gerados nos meio urbanos. Os industriais ainda são divididos em

serragem, cepilho, sólidos de madeira e casca, já os do meio urbano são classificados

em resíduos da construção civil, da poda efetuada na arborização e de embalagens de

madeira vindas do comércio.

Uma forma de reduzir a pressão sobre as florestas, além de reciclar o resíduo gerado

por atividades anteriores, seria por meio do processo conhecido como briquetagem, que

consiste da aplicação de pressões e ou temperaturas, de modo a aumentar sua densidade,

contribuindo para armazenamento, transporte e otimizando as propriedades energéticas

dos resíduos vegetais, obtendo um combustível com homogeneidade granulométrica, de

maior densidade e resistência mecânica (Quirino & Brito, 1991).

Os resíduos da biomassa florestal no Brasil podem causar problemas ambientais,

visto que são gerados em grande quantidade. Entre os principais problemas tem a

contaminação e assoreamento dos cursos de água, a ocupação territorial e a poluição

consequente de sua queima a céu aberto (Dias Júnior et al., 2014). Os resíduos, por sua

vez podem ser transformados em briquetes que se caracterizam como resultado da

prensa de pequenas partículas formando blocos.

A briquetagem ou densificação de biomassa é um processo atrativo para países em

desenvolvimento onde tem especial potencial como substituta energética de

combustíveis fósseis em diferentes finalidades (Bhattacharya, 2003). Problemas como

15

alto volume, baixa densidade energética, baixo poder calorífico e alto conteúdo de

umidade de resíduos lignocelulósicos são satisfatoriamente contornados com o processo

de briquetagem, gerando um combustível sólido de qualidade (Zhanbin, 2003;

Bhattacharya, 2003; Quirino et al., 2012), cuja densidade energética pode atingir valores

até três vezes mais do que a lenha convencional (Protásio et al., 2011).

A matéria prima mais utilizadas no Brasil para produção de briquetes são oriundas da

indústria florestal ponteiras de árvores, galhada, serragem, aparas e da atividade agrícola

(cascas de arroz, bagaço de cana, cascas de café, etc.), além de outros resíduos

agroindustriais (Quirino et al., 2012).

Para aproveitamento racional, misturas de resíduos de bambu em combinação com

outros resíduos, em diferentes proporções, foram empregados com sucesso para

produção de briquetes (Dias Júnior et al., 2014).

Os principais consumidores de briquetes com fonte energética são as indústrias de

cerâmica para queima direta em fornos e as indústrias têxteis e de alimentos. A queima

de briquetes é justificada porque é um combustível de alta densidade energética, baixo

teor de umidade e maior facilidade de manuseio em relação à lenha (Altener, 2004),

podendo ser a queima conduzida com sucesso em olarias, cerâmicas, fornos,

alambiques, caldeiras, geradores de ar quente para secagem de grãos e em todo tipo de

equipamento projetado originalmente para uso de lenha como fonte de energia.

O bambu é um gênero cujas espécies podem apresentar alto potencial de produção de

biomassa, sendo atualmente bastante cultivadas no Nordeste do Brasil, em locais de

clima tropical secos e semiárido, com destaque para plantios nos estados do Maranhão e

Pernambuco (Moreira, 2012). O bambu pode produzir de 50 a 100 t ano-1

por hectare,

dependendo da espécie (Beraldo & Azzini, 2004). Em Pernambuco, como em outros

Estados brasileiros, destaca-se o uso do bambu para produção de espetinhos para uso

16

doméstico e comercial, atividade geradora de resíduos em forma de aparas, pó e

pedaços em diferentes granulometrias.

Devido ao aumento da demanda global nos últimos anos e do avanço tecnológico

proveniente da crise dos combustíveis fósseis aumentou-se a pressão sobre as florestas,

com destaque para a produção de lenha e de carvão vegetal. O uso de forma irracional,

sem atender a qualquer regime de manejo, estende a preocupação com o uso

indiscriminado das florestas (Oliveira et al., 2006).

Neste contexto, empresas buscam cada vez mais autossuficiência de matéria prima

em quantidade e qualidade, dando importância substancial ao desenvolvimento de novas

tecnologias voltadas ao aproveitamento de resíduos, as quais se tornam cada vez mais

autossustentáveis.

A otimização de condições de briquetagem via combinações de pressão e

temperatura de compactação é um recurso que pode ser útil para definir padrões de

processo para uso em escala industrial, podendo definir condições específicas de

densificação para cada resíduo individualmente (Quirino et al., 2012; Yamaji et al.,

2015). Entretanto, apesar de ter usos tecnológicos conhecidos e bem definidos em

termos de mercado, no Brasil ainda são escassos trabalhos publicados abordando o uso

da variação de temperatura de matriz em combinação com a pressão de compactação

para a produção de briquetes com resíduos de bambu.

A qualidade dos briquetes está diretamente relacionada com o tipo de resíduos que

lhe deu origem, assim como suas propriedades físicas, mecânica e química. Dentre as

propriedades que mais interferem na produção e qualidade dos briquetes do material de

origem: estão teor de umidade, geometria das partículas, densidade granel e teor de

lignina.

17

A análise termogravimétrica tem sido frequentemente usada nos estudos de

decomposição térmica da madeira. Por meio dela é mostrado como a madeira se

comporta quando aquecida, sendo possível verificar em que temperatura é iniciada a

decomposição térmica e, ainda, em qual faixa de temperatura ela é mais pronunciada.

Para que a biomassa seja melhor aproveitada é de extrema importância o

conhecimento do comportamento térmico e dos parâmetros cinéticos durante o processo

de termo conversão. As técnicas de análise térmica, particularmente a

termogravimétrica (TG/DTG) e análise térmica diferencial (DTA), possibilitam a

obtenção destas informações de maneira simples e rápida.

Este trabalho tem como objetivo avaliar a aplicação de diferentes temperaturas e

proporções de componentes nas propriedades de briquetes produzidos com resíduos de

bambu e serragem.

18

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7402 – Carvão vegetal –

determinação granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, 1982. 3p.

Altener – Comissão Europeia. Bioenergia: manual sobre tecnologias, projeto e

instalação. ECOFYS, Portugal, 2004.

Beraldo, A.L.; Azzini, A. Bambu: características e aplicações. Guaíba: Agropecuária,

2004. 127 p.

Dias, Júnior, A. F.; Andrade, A.M.; Costa Júnior, D.S. Caracterização de briquetes

produzidos com resíduos agroflorestais. Revista Pesquisa Florestal Brasileira, v.34,

n.79, p. 225-234, 2014.

Froehlich, A. G.; Justen, G.S.; Luppi, L.; Moraes, S. Utilização de Biomassa para

geração de energia: um estudo de caso em uma indústria madeireira de Aripuanã-MT.

In: VIII CENEG – Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2012, Rio de Janeiro.

Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2012. Disponível em:

<http://www.excelenciaemgestao.org/portals/2/documents/cneg8/anais/t12_0477_24

45.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2015.

Moreira, A. C. O. de. Caracterização de Bambusa vulgaris Schard. ex J.C. Wendl.

var. vulgaris, e dos resíduos de caldeira no processo de conversão térmica de energia.

Brasília: UNB, 2012. 61f. Dissertação Mestrado

Oliveira, E.; Vital, B.R; Pimenta, A.S.; Lucia, R.M.D.; Ladeira, A.M.M.; Parikh, J.;

Channiwala, S.A.; Ghosal, G.K.A. Correlation for calculating HHV from proximate

analysis of solid fuels. Fuel, v.84, n.5, p. 487-494, 2006.

Protásio, T.P.; Alves, I.C.N.; Trugilho, P.F.; Silva, V.O.; Baliza, A.R.R.

Compactação de biomassa vegetal visando à produção de biocombustíveis sólidos.

Pesquisa Florestal Brasileira, v.31, n.68, p. 273-283, 2011.

19

Quirino, W.F.; Brito, J.O. Características e índice de combustão de briquetes de

carvão vegetal, Brasília: LPF/IBAMA, 18p.1991.

Quirino, W. F.; Pinha, I. V. de. O.; Moreira, A. C. de. O.; Souza, F.; Tomazello

Filho, M. Densitometria de raios X na análise da qualidade de briquetes de resíduos de

madeira. Revista Scientia Forestalis, v.40, n.96, p. 525-536, 2012.

Wiecheteck, M. Aproveitamento de resíduos e subprodutos florestais, alternativas

tecnológicas e propostas de políticas ao uso de resíduos florestais para fins energéticos,

Sumário Executivo, Projeto PNUD BRA 00/20 – Apoio às políticas públicas na área de

Gestão e controle ambiental, Ministério Do Meio Ambiente, Curitiba, 2009.

Yamaji, F.M; Vendrasco, L; Chrisostomo, W; Flores, W. P. Análise do

comportamento higroscópico de briquetes. Revista Energia na Agricultura, v.28, n.1, p.

11-15, 2013.

Zhanbin, C. Normal temperature briquetting technology for biomass with original

moisture contente. International Conference on Bioenergy Utilization and Environment

Protection, Dalian, China, September, 2003.

20

CAPÍTULO I

EFEITO DA TEMPERATURA DE COMPACTAÇÃO EM BRIQUETES

PRODUZIDOS A PARTIR DE RESÍDUOS DE BAMBU E SERRAGEM

DE MADEIRA

Artigo submetido à Revista AGRIAMBI

21

Efeito da temperatura de compactação em briquetes produzidos a partir de

resíduos de bambu e serragem de madeira

Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da temperatura de

compactação na qualidade de briquetes produzidos com diferentes proporções de

resíduos de bambu e serragem. Utilizou-se uma briquetadeira da marca LIPPEL, com

pressão de compactação 150 Bar, tempo de prensagem de 5 min e resfriamento de 2

min.. As temperaturas aplicadas foram 120, 130 e 140 ºC e as proporções dos

componentes bambu e serragem de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1, em experimento inteiramente

casualizado com 15 tratamentos e 10 repetições. Foram avaliadas as propriedades físicas

e mecânicas e química dos briquetes. Determinou-se, também a degradação térmica dos

briquetes pela análise termogravimétrica. Os dados foram submetidos ao teste de

normalidade de Shapiro Wilk e comparados pelo teste de Tukey ao nível de 5% de

significância. De modo a explicar melhor a interação dos fatores, realizou-se modelo de

regressão linear, baseado em Mínimos Quadrados Ordinários, com interesse em estimar

a (variável resposta Y), com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2) Os

melhores briquetes foram aqueles produzidos à temperatura de 130 °C promoveu maior

qualidade dos briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão

volumétrica. Os briquetes produzidos com as proporções de bambu/serragem de 1/3, 1/1

e 3/1, compactados na temperatura de 120 °C, foram os melhores considerando-se sua

mais alta densidade aparente e mais baixa expansão volumétrica. Os maiores valores de

tensão de ruptura foram obtidos para os briquetes produzidos à 140 °C, no entanto,

apresentaram valores mais elevados de expansão volumétrica e menores densidades

aparentes em relação aos produzidos na temperatura de 120 e 130 °C. Verificou-se que

os resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para produção de

briquetes, como foi possível verificar em previsões feita pelo modelo, onde obteve

valores mais altos de R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de

ruptura 0,8132 e densidade energética 0,6389.

Palavras-chave: biomassa, energia renovável, lenha ecológica, resíduos agroflorestais

22

Effect of temperature on quality of briquettes produced by mixing bamboo

and sawdust

Abstract: This study aimed to evaluate the influence of compaction temperature on the

quality of briquettes produced with different proportions of waste and bamboo sawdust.

We used a briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar, 5 min time

pressing 2 min and cooling. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C and

the proportions of components and bamboo sawdust 1 / 0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in a

completely randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical and

mechanical properties and chemistry of briquettes were evaluated. It was determined,

also the thermal degradation of the briquettes by thermogravimetric analysis. The data

were submitted to the Shapiro-Wilk normality test and Tukey test at 5% significance

level. In order to better explain the interaction of the factors was held linear regression

model based on with interest in estimating the (variable Y response), based on the

temperature (X1) and proportion of bamboo (X2) The those produced briquettes were

best at a temperature of 130 °C promoted higher quality of the briquettes, but only in

terms of density and volume expansion. The briquettes made with bamboo proportions /

sawdust 1/3, 1/1 and 3/1, compressed at a temperature of 120 ° C was the best

considering its higher bulk density and lower volumetric expansion. The higher

breakdown voltage values were obtained for the briquettes to 140 ° C, however, they

showed higher values of volumetric expansion and smaller bulk densities produced in

relation to the temperature of 120 to 130 °C. It was found that the bamboo wood waste

or sawdust have potential for the production of briquettes, as we observed in forecasts

made peolo model , which obtained higher values of R2 in models adjusted for fixed

carbon 0,9941, breakdown voltage 0,8132 and energy density 0,6389.

Keywords: biomass, renewable energy, eco-wood, agroforestry wastes

23

INTRODUÇÃO

A briquetagem de biomassa é um processo capaz de fornecer combustível de

qualidade tanto para uso doméstico quanto para uso industrial, aproveitando resíduos

sem uso definido e que, normalmente, são descartados sem critério, gerando problemas

ambientais, tais como, assoreamento e contaminação de cursos d’água e poluição do ar

quando queimados a céu aberto (Dias Júnior et al., 2014). Problemas como alto volume,

baixa densidade energética, baixo poder calorífico e alto conteúdo de umidade de

resíduos lignocelulósicos são satisfatoriamente contornados com o processo de

briquetagem, gerando um combustível sólido de qualidade (Zhanbin, 2003;

Bhattacharya, 2003; Quirino et al., 2012), cuja densidade energética pode atingir

valores até três vezes mais do que a lenha convencional (Protásio et al., 2011).

As matérias primas mais utilizadas no Brasil para produção de briquetes são oriundas

da indústria florestal provenientes de (ponteiras de árvores, galhada, serragem, aparas) e

da atividade agrícola, tais como (cascas de arroz, bagaço de cana, cascas de café, etc.)

além de outros resíduos agroindustriais (Quirino et al., 2012). A queima de briquetes é

justificada porque é um combustível de alta densidade energética, baixo teor de

umidade, baixo valor de mercado e maior facilidade de manuseio em relação à lenha

(Comissão Europeia, 2004).

A otimização de condições de briquetagem via combinações de pressão e

temperatura é um recurso que pode ser útil para definir padrões de processo para uso em

escala industrial, podendo definir condições específicas de densificação para cada

resíduo individualmente (Quirino et al., 2012; Yamaji et al., 2015).

Deste modo, este estudo teve por objetivo avaliar a influência de diferentes

temperaturas de compactação e proporções de resíduos de bambu (Bambusa vulgaris

Schard) e serragem de madeira, na qualidade de briquetes para uso energético.

24

MATERIAL E MÉTODOS

Resíduos de bambu foram coletados na empresa Espetinhos Dona Maria Ltda,

localizada em Nazaré da Mata – PE, que utiliza varas de bambu colhidas em plantios de

Bambusa vulgaris Schard, para produção de espetinhos para uso doméstico e comercial.

O mix de serragem por sua vez foi coletada em uma marcenaria localizada no município

de Macaíba - RN.

Nos resíduos, foram determinados o teor de umidade de equilíbrio, a densidade à

granel (kg m-3

) com base na norma NBR 6922 (ABNT, 1983), o poder calorifico

superior (kcal kg-1

) de acordo com a NBR 8633 (ABNT, 1984) e densidade energética

(Gcal m-3

) de acordo com (Protásio et al., 2011).

Para avaliação do padrão de decomposição térmica dos resíduos na qual encontrava-

se à (8% de umidade), os mesmos foram analisados em uma balança termogravimétrica

modelo TG 209 F3 Tarsus, marca NETZCH, obtendo-se as curvas Termo

Gravimétrica/Derivada Termo Gravimétrica – (TG/DTG), em atmosfera dinâmica de

N2, com a seguinte programação: temperatura inicial de 50 ºC e aplicando-se taxa de

aquecimento de 10 ºC min-1

até temperatura final de 500 ºC, mantendo-a por um tempo

de um minuto.

Para produção dos briquetes foi utilizada uma briquetadeira hidráulica, marca

LIPPEL, modelo LB-32, com matriz cilíndrica com dimensões internas de 35 mm de

comprimento, 45 mm de largura e 280 mm de altura. Para produção de cada briquete,

utilizou-se uma massa de partículas de 30 g, com teor de umidade de 8%. Para todos os

tratamentos, utilizou-se tempo de compactação de 5 minutos à uma pressão de 150 Bar,

e resfriamento de 2 minutos. Após a confecção, os briquetes foram condicionados por

30 dias em câmara climática a 20 °C + 3, à 60% de umidade relativa do ambiente.

25

Para avaliar a qualidade dos briquetes determinou-se a expansão volumétrica

(Ohana, 2012), a densidade energética, segundo procedimento preconizado por Protásio

et al. (2011); a densidade aparente NBR 11941 (ABNT, 2003); resistência à compressão

longitudinal diametral Quirino & Brito (1991); friabilidade NBR 7402 (ABNT, 1982);

poder calorífico superior NBR 8633 (ABNT, 1984) e análise imediata (teores de

umidade, carbono fixo, matérias voláteis e cinzas) NBR 8112 (ABNT, 1986).

O experimento foi executado em um delineamento inteiramente casualizado

envolvendo três temperaturas da matriz da briquetadeira, 120 °C, 130 °C e 140 °C, e

cinco proporções de resíduos de bambu e serragem, a saber, 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1,

resultando em 15 tratamentos com 10 repetições, totalizando 150 briquetes. Os dados

foram inicialmente submetidos ao teste de Shapiro Wilk para avaliação da normalidade.

Verificada essa pressuposição, realizou-se análise de variância (ANOVA), e quando

detectadas diferenças significativas entre os tratamentos, aplicou-se o teste de Tukey

para comparações das médias. Todos os testes estatísticos foram analisados adotando-se

o nível de significância de 5%. De modo a explicar melhor a interação dos fatores,

realizou-se modelo de regressão linear, com interesse em estimar a variável resposta Y,

com base na temperatura (X1) e proporção de bambu (X2), os modelos de regressão

simples para cada uma das variáveis analisadas e seus respectivos parâmetros e

resultados de testes. O modelo, apresenta-se na forma Y = β0 + β1X1 + β2X2, no qual β0

está associado ao intercepto, β1 à temperatura e β2 à proporção de bambu e serragem.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para a briquetagem, os materiais empregados devem apresentar teor de umidade em

torno de 8%, o que está de acordo com a especificação de Filippeto (2008), que

recomenda a faixa de 5 a 15% e preconiza o teor de 8%, como sendo o teor de umidade

26

mais indicado para a maioria dos materiais a serem briquetados. Teores de umidade

mais altos tendem a resultar em explosão com a consequente ruptura dos briquetes

imediatamente após a prensagem (Filippeto, 2008; Gentil, 2008).

Observa-se na Tabela 1, que a densidade a granel da serragem foi maior em função

da mesma estar com sua granulometria menor, em comparação aos resíduos de bambu,

que estavam sob a forma de raspas e maravalhas.

Tabela 1: Análise física e energética dos resíduos “in natura”.

Resíduo U (%) DG (kg m-3) DE (MJ.m-3) PCS (kcal.kg-1)

Bambu 10,5 b 136,6 b 693.707 b 4746 b

Serragem 12,1 a 305,9 a 1.536.839 a 5057 a

U= Umidade; DG = Densidade a granel; D.E= Densidade energética e PCS = Poder calorifico superior. Médias

seguidas por uma mesma letra, na coluna, não diferem estatisticamente entre si pelo teste F, ao nível de 5% de

significância.

A densidade energética da serragem foi significativamente mais alta que a dos

resíduos de bambu, o que é explicado pelo alto poder calorífico e alta densidade do

granel apresentado pela serragem. A serragem tem maior poder calorífico do que a

biomassa do bambu em função das diferenças de composição química. A madeira tem

maior teor de lignina, de holocelulose e de extrativos totais em relação em comparação

a várias espécies de bambu (Brito et al., 1987).

Na Figura 1 são apresentados as curvas de decomposição térmica, sendo a linha

cheia a curva termogravimétrica e a linha pontilhada a primeira derivada da curva

termogravimétrica (TG/DTG).

27

Figura 1: Curvas TG/DTG dos resíduos de bambu (A) e da serragem (B)

A decomposição térmica do bambu apresenta resultados de uma menor massa

residual ao final da programação de temperatura em comparação com a serragem, sendo

de 16,53% e 21,54%, respectivamente, fato explicado pelas diferenças na composição

química dos dois materiais. Materiais lignocelulósicos com maiores teores de lignina e

extrativos tendem a resistir mais ao aumento da temperatura, resultando em maiores

massas residuais ao final da decomposição térmica até valores de 500 a 600 °C

(Santos et al., 2013).

A maior perda de massa ocorreu na faixa de temperatura de 250 a 400 ºC, com

valores de 59,87% e 51,37% para bambu e serragem, respectivamente. Diferenças de

composição química podem acarretar variações nessa faixa de temperatura e nas massas

residuais, conforme resultados encontrados por Pereira et al. (2013), que ao analisarem

a degradação térmica para madeira de diferentes clones de Eucalyptus, encontraram

valores de picos inferiores, assim como massas residuais acima daquelas encontradas no

presente trabalho. Os valores obtidos estão em acordo com as faixas de temperatura de

decomposição térmica mais intensa determinados por Santos et al. (2013). Todavia, as

análises de (TG/DTG) não apresentaram variações expressivas entre os picos

28

analisados, embora ao final na massa residual, a serragem tenha apresentado maior

resistência à degradação térmica.

A adequação global dos modelos (Tabela 2), avaliando os valores “p”, verifica-se a

hipótese da inadequação ao modelo ajustado para cinzas não foi rejeitada, para o nível

de significância adotado. Logo, por meio de regressão linear não foi possível prever

valores para o teor de cinzas utilizando as variáveis temperatura e proporção de bambu.

Ao nível de (α = 6%), rejeitou-se as hipóteses de que os demais modelos são

inadequados, logo há alguma relação entre temperatura e proporção de bambu com as

demais variáveis.

A estatística “T” retorna um valor “p” que permite identificar as variáveis associadas

aos parâmetros estimados (β). Um valor “p” menor que o nível de significância adotado,

neste caso 6%, indica rejeição da hipótese de que o β = 0, logo a variável associada a

ele é considerada significativa e está presente no modelo de regressão. Para densidade

aparente, umidade e materiais voláteis, entraram no modelo o intercepto e a

temperatura, já para o poder calorifico superior, entrou no modelo o intercepto e a

proporção de bambu.

Expansão volumétrica e densidade energética apresentaram apenas a proporção de

bambu como variável explicativa, assim como o teor do carbono fixo apresentou apenas

a temperatura; os três modelos, sem intercepto temperatura e proporção de bambu estão

presentes nos modelos para a tensão de ruptura e teor de umidade em equilíbrio.

Tabela 2: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples antes da escolha de variáveis adequadas à

estimativa.

Variável

resposta

Coeficientes

estimados

Erro

Padrão Valor de T Valor de p Valor de F Valor de p

Dap (g cm-3) β0 0,9636 0,0532 18,124 < 0,0001

6.630

0,00315

β1 0,0014 0,0004 3,444 0,00131

β2 -0,0111 0,0094 -1,183 0,24329

Evol (%) β0 2,1941 6,3399 0,346 0,73100

3,109

0,05504

β1 0,0359 0,0485 0,740 0,46310

β2 -2,6662 1,1197 -2,381 0,02190

DE (MJ.m-3) β0 6,0288 0,5389 11,187 < 0,0001

11,270

0,00012

β1 -0,0011 0,0041 -0,267 0,79100

β2 -0,4511 0,0952 -4,740 < 0,0001

TR (Kgf.cm-2) β0 -45,7327 22,6921 -2,015 0,05030

91,400

< 0,0001

β1 0,9034 0,1735 5,206 < 0,0001

β2 50,0040 4,0075 12,478 < 0,0001

TUEB (%) β0 9,3989 0,3032 31,003 < 0,0001

21.450

< 0,0001

β1 -0,0117 0,0023 -5,032 < 0,0001

β2 0,2244 0,0535 4,192 0,00012

U (%) β0 9,3074 0,3965 23,471 < 0,0001

19,350

< 0,0001

β1 -0,0184 0,0030 -6,079 < 0,0001

β2 -0,0924 0,0700 -1,320 0,19400

MV (%) β0 89,7100 2,0623 43,500 < 0,0001

11,020

0,00014

β1 -0,0714 0,0158 -4,532 < 0,0001

β2 0,4458 0,3642 1,224 0,22800

CZ (%) β0 2,3434 0,6857 3,417 0,00142

1,016

0,37060

β1 -0,0058 0,0052 -1,112 0,27229

β2 -0,1080 0,1211 -0,892 0,37757

CF (%) β0 -1,3691 2,0604 -0,664 0,51000

18,710

< 0,0001

β1 0,0958 0,0158 6,080 < 0,0001

β2 -0,2458 0,3639 -0,675 0,50300

PCS (kcal.kg-1) β0 6,0124 0,3845 15,639 < 0,0001

15,860

< 0,0001

β1 -0,0067 0,0029 -2,277 0,02800

β2 -0,3498 0,0679 -5,152 < 0,0001

Em que: Dap= Densidade aparente; EVol= Expansão volumétrica; DE= Densidade energética; TR= Tensão de ruptura; TUEB= Teor de Umidade em equilíbrio; U= Umidade; MV=

Materiais voláteis; CZ= Cinzas; CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior.

29

Na temperatura de 140 °C, o tratamento correspondente à 100% de serragem

apresentou o menor valor de expansão volumétrica, 5,6%. Na mesma temperatura de

compactação, para as misturas de resíduos de bambu e serragem, os valores mais baixos

foram determinados para as proporções de 3/1 e 1/3, respectivamente 7,3 e 7,6%.

Yamaji et al. (2013), ao estudarem a expansão volumétrica em briquetes constituídos de

diversos resíduos, verificaram menores expansões volumétricas ao aplicar diferentes

temperaturas no processo de compactação. Neste estudo adotou-se tal procedimento de

modo a verificar essa influência, verificando-se pelos dados experimentais que, para

misturas bambu/serragem, temperaturas de compactação mais altas resultam em

briquetes com maior expansão volumétrica.

Os valores da densidade aparente dos briquetes produzidos no presente trabalho, na

faixa de 1,10 a 1,15 g/cm3, foram mais altas em comparação aos valores obtidos

encontrados por Dias Júnior et al. (2014), que produziram briquetes de resíduos de

bambu em mistura com moinha de carvão vegetal, em diferentes proporções, todavia,

sem aplicação de diferentes temperaturas durante a compactação, determinando valores

na faixa de 0,21 a 0,68 g/cm3. As densidades aparentes dos briquetes também foram

superiores aos valores obtidos por Chrisostomo (2011) que, ao avaliar briquetes de

serragem de eucalipto, serragem de pinus e bagaço de cana, obteve valores na faixa de

0,84 a 0,87 g.cm3. Quanto mais alta a densidade aparente implica em maior densidade

energética, o que se reflete em economia em transporte e menor espaço para

armazenamento (Brand, 2010).

No ensaio de friabilidade, para todos os tratamentos produzidos, não houve produção

de finos, o que é muito desejável do que ocorreu nos briquetes, do ponto de vista de

manuseio em transporte de carga e descarga. Esse comportamento está relacionado com

31

uma boa agregação das partículas durante a formação dos briquetes (Dias Júnior et al.,

2014).

Isso indica uma forte interação entre o material e a temperatura de compactação

utilizada na produção dos briquetes, no qual as partículas de serragem apresentam maior

uniformidade e isso resulta nos valores mais altos de resistência. Quirino & Brito

(1991), ao analisarem briquetes produzidos com carvão vegetal e serragem,

encontraram resistência a compressão média de 31,71 kgf.cm-2

, valor inferior àqueles

determinados neste estudo. Dias Júnior et al. (2014) ao analisarem briquetes de moinha

de carvão e bambu obtiveram valores variando de 42,00 a 80,40 kgf.cm-2

, também estes

inferiores aos obtidos nesta pesquisa.

A Tabela 3 apresenta as variáveis respostas com modelo de regressão considerado

significativo pelo teste de adequação global, apenas com as variáveis explicativas que

foram consideradas relevantes e seus respectivos percentuais de explicabilidade da

variância dos dados (R2), bem como os parâmetros estimados e seus valores de testes

associados.

Quanto mais próximo do valor um for o R2, melhores serão as previsões feitas pelo

modelo, isso indica o quanto o modelo conseguiu captar a variabilidade da amostra e

explicá-la por meio da relação de uma reta. Os valores mais altos de R2 foram

observados, em ordem decrescente, nos modelos ajustados para carbono fixo (0,9941),

tensão de ruptura (0,8132) e densidade energética (0,6389).

Tabela 3: Variáveis respostas e respectivos parâmetros estimados na regressão simples com as variáveis explicadas adequadas.

Variável

Resposta

Coeficientes

Estimados

Erro

Padrão

Estatística

T Valor p

Estatística

F Valor p R2

Dap (g cm-3) β0 0,9580 0,0532 18,007 < 0,0001

11,750 0,00135 0,2146 β1 0,0014 0,0004 3,428 0,00135

Evol (%) β2 6,482 1,1640 5,568 < 0,0001 31,010 < 0,0001 0,4134

DE (MJ.m-3) β2 7,3966 0,8383 8,823 < 0,0001 77,850 < 0,0001 0,6389

TR (Kgf.cm-2)

β0 -45,7327 22,6921 -2,015 0,05030

91,400 < 0,0001 0,8132 β1 0,9034 0,1735 5,206 < 0,0001

β2 50,0040 4,0075 12,478 < 0,0001

TUEB (%)

β0 9,3988 0,3032 31,003 < 0,0001

21,450 < 0,0001 0,5053 β1 -0,0117 0,0023 -5,032 < 0,0001

β2 0,2244 0,0535 4,192 0,00013

U (%) β0 9,2612 0,3983 23,246 < 0,0001

36,320 < 0,0001 0,4579 β1 -0,0184 0,0030 -6,027 < 0,0001

MV (%) β0 89,9328 2,0660 43,528 < 0,0001

20,300 < 0,0001 0,3207 β1 -0,0714 0,0158 -4,506 < 0,0001

CF (%) β1 0,0843 0,0009 86,42 < 0,0001 7469,000 < 0,0001 0,9941

PCS (kcal.kg-1) β0 6,0124 0,3845 15,639 < 0,0001

15,860 < 0,0001 0,4303 β2 -0,0066 0,0029 -2,277 0,028

Dap= Densidade aparente; EVol= Expansão volumétrica; DE= Densidade energética; TR= Tensão de ruptura; TUEB= Teor de Umidade em equilíbrio; U= Umidade; MV= Materiais voláteis; CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior

32

Apesar de ocorrer diferenças significativas nos valores de poder calorífico entre

alguns tratamentos, essas diferenças não são o suficientes para inviabilizar o uso das

misturas bambu e serragem, em quaisquer proporções, para produção de e uso dos

briquetes como fonte de energia em substituição à lenha ou outros combustíveis. Para a

composição química imediata, o teor de cinzas dos briquetes foi em geral baixo com

valores na faixa de 0,9 a 1,9%, o que também está dentro dos padrões preconizados por

Gonçalves et al. (2009) e Quirino et al. (2012).

Analisando a (Figura 2A), nota-se que os melhores resultados para a variável DAP

encontram-se nas temperaturas de 130 e 140 ºC, para os cinco tipos de composições

(100% RB, 75% RB, 50%RB, 25%RB, 0% RB). Já a (Figura 2B), apresenta os boxplots

para essa mesma variável, pode-se notar que para a temperatura de 130º verifica-se uma

menor variabilidade de DAP quando comparado a temperatura de 120º. Observando a

(Figura 2C), referente a curva de resposta da variável DAP, ele indica que nos intervalos

de [130 à 140 ºC] para temperatura e [50 e 100%] para composição de bambu

apresentam uma maior resposta para o DAP, já para os intervalos de [120 e 130 ºC] e

[75 e 100%] para composição de Bambu, apresentam uma menor resposta para o DAP.

34

Figura 2A: Densidade aparente, em

função da temperatura de compactação

e composição.

Figura 2B: Boxplot da Densidade

aparente, em função da temperatura

de compactação e composição.

Figura 2C: Curva resposta da

Densidade aparente, em

função da temperatura de

compactação e composição.

Na Figura 3A, verifica-se que na temperatura de 120 ºC há uma grande variabilidade

na DE para os cinco tipos de composição (100% RB, 75% RB, 50%RB, 25%RB, 0%

RB), o que constatamos ao observar a Figura 3B.

Para a temperatura de 140 ºC, analisando a Figura 3B, notamos a presença de dois

pontos (outliers), indicando que dois entre os cinco tipos de composição apresentam um

grande afastamento no valor da DE, em relação aos demais sendo a temperatura 130 ºC

a que obtém as maiores respostas, com uma menor variabilidade da DE. Na Figura 2C,

verifica-se que nos intervalos de [120 à 130 ºC] e [0 e 25%] para composição usando o

bambu obtemos as maiores respostas para a DE, já as menores respostas são

encontradas nos intervalos de [130 e 140 ºC] e [75 e 100%] para a composição usando o

Bambu.

35

Figura 3A: Densidade energética, em


e composição.

Figura 3B: Boxplot da Densidade

energética, em função da

temperatura de compactação e

composição.


Densidade energética, em



Na Figura 4A, verifica-se que na temperatura de 140 ºC obtêm-se as maiores

respostas para a variável EVOL, entretanto para a temperatura de 120 ºC observa-se

uma maior variabilidade, para os cinco tipos de composição (100% RB, 75% RB,

50%RB, 25%RB, 0% RB).

Analisando o boxplot (Figura 4B), concluímos que a temperatura de 120 ºC

apresenta uma maior variabilidade da EVOL, como citado anteriormente. Referente a

curva de resposta da variável em questão (Figura 4C), nota-se que nos intervalos de

[120 e 130 ºC] e [0 e 25%] para composição de bambu, obtivemos os maiores valores

de EVOL, já para o mesmo intervalo de temperatura e um intervalo de [75 e 100%] para

a composição com bambu, obtivermos valores mais baixos de EVOL.

36

Figura 4A: Expansão volumétrica, em


e composição.

Figura 4B: Boxplot da Expansão

volumétrica, em função da


composição.


Expansão volumétrica, em



Na Figura 5A, verificamos que para todas as temperaturas utilizada no experimento

(120, 130 e 140 ºC), os maiores valores de TR foram obtidos nas composições (100%

RB) e (75% RB), entretanto na temperatura de 140 ºC os valores de TR foram superior

as outras temperaturas, para essa mesma composição.

37

Figura 5A: Tensão de ruptura, em


e composição.

Figura 5B: Boxplot da Tensão de

ruptura, em função da temperatura



Tensão de ruptura, em função

da temperatura de


Assim como os boxplots (Figura 5B), indicam que a maior variabilidade dos valores

de TR nas composições foi na temperatura de 120 ºC, enquanto a temperatura de 130 ºC

obteve uma menor variabilidade de TR nas composições. A curva resposta (Figura 5C),

indica que os intervalos que maximizam seus valores estão nos intervalos de [130 e 140

ºC] e [75 e 100%] para a composição com bambu. Analisando-se os valores que

minimizam TR encontra-se os intervalos de [120 e 130 ºC] e [0 e 50%] para a

composição com o bambu.

Na Figura 6A, nota-se que a uma temperatura de 120 ºC os valores para variável UE

são mais elevados quando comparados às outras temperaturas estudadas. Verifica-se

também que para o maior valor de UE é obtido com 100% da composição com bambu.

38

Figura 6A: Umidade de equilíbrio, em


e composição.

Figura 6B: Boxplot da Umidade de

equilíbrio, em função da


composição.


Umidade de equilíbrio, em



Na Figura 6B, observa-se que para a temperatura de 140 ºC grande parte dos valores

obtidos de UE apresentam pouca variabilidade, porém o boxplot contém dois valores

atípicos (outliers). Em análise do Gráfico de Curva Resposta (Figura 6C), temos que os

intervalos que maximizam os valores de UE são [120 e 130 ºC] e [75 e 100%] para

composição com bambu, já para os intervalos que minimizam essa variável temos [120

e 140 ºC] e [0 e 50%] para a composição com o bambu.

Há uma grande variabilidade nos valores de respostas para o PCS de todas as

composições estudadas, entretanto nota-se (Figura 7A), que para temperatura de 130 ºC

as respostas para PCS encontram-se menos variáveis. No qual a Figura 7B, deixa claro

essa variabilidade, onde os boxplot indicam que para a temperatura de 120 °C os valores

respostas de PCS apresentam mais variabilidade entre as composições. No Gráfico de

Curva de Resposta (Figura 7C), observa-se que nos intervalos de [120 e 130 ºC] e [0 e

39

25%] para composição de bambu, apresentam valores maximizados da variável de PCS,

já nos intervalos de [130 e 140 ºC] e [75 e 100%] para composição com bambu, indicam

valores respostas menores para o PCS.

Figura 7A: Poder Calorifico Superior,



Figura 7B: Boxplot do Poder

Calorifico Superior, em função da


composição.


Poder Calorifico Superior, em



Na Figura 8A, nota-se que a composição de 25% RB para as temperatura de 120 e

130 ºC apresentou os maiores valores para a variável U. Verifica-se que na temperatura

de 140 ºC os valores respostas para U se encontram poucos variáveis para todas as

composições estudadas. A (Figura 8B), mostra que a 130 ºC, os valores respostas de U

possuem mais variabilidade. Analisando-se a Curva de Resposta (Figura 8C) percebe-se

que os intervalos que maximizam os valores respostas de U são: [120 e 130 ºC] e [0 e

100%] de composição com bambu, já que notamos que esse intervalo apresenta os

maiores valores para U. Em relação aos intervalos que minimizam os valores respostas

de U, temos os intervalos de [130 e 140 °C] e [0 e 100%] para composição com o

120 125 130 135 140

47

00

49

00

51

00

53

00

Temperatura em ºC

PC

F

120 125 130 135 140

47

00

49

00

51

00

53

00

Temperatura em ºC

PC

F

120 125 130 135 140

47

00

49

00

51

00

53

00

Temperatura em ºC

PC

F

120 125 130 135 140

47

00

49

00

51

00

53

00

Temperatura em ºC

PC

F

120 125 130 135 140

47

00

49

00

51

00

53

00

Temperatura em ºC

PC

F

100% Rb75% RB + 25% RS50% RB + 50% RS25% RB + 75% RS100% RS

40

bambu, no qual evidenciam que o fator temperatura interfere mais na variável U que o

tipo de composição.

Figura 8A: Umidade, em função da


composição.

Figura 8B: Boxplot da Umidade,




Umidade, em função da


composição.

Na Figura 9A, observa-se que nas temperaturas de 130 e 140 °C, para a composição

(50% RB+50% RS) apresentam valores mais elevados para a variável TCF, já para a

temperatura de 140 ºC os valores respostas de TCF (Figura 9B) encontram-se mais

próximos em relação as outras temperaturas. No intervalo de [130 e 140 ºC] e [75 e

100%] para composição com bambu obtêm-se os maiores valores de TCF, já para os

intervalos de [120 e 130 ºC] e [50 e 100%] encontram-se os menores valores, conforme

observa-se na Figura 9C.

41

Figura 9A: Teor de carbono fixo, em


e composição.

Figura 9B: Boxplot do Teor de

carbono fixo, em função da


composição.

Figura 9C: Curva resposta do

Teor de Carbono fixo, em



Na Figura 10A, verifica-se que para as temperaturas de 120 e 130 ºC obtivermos as

melhores respostas da variável TCZ pra todas as composições estudadas, entretanto para

a temperatura de 140 ºC observa-se uma grande variabilidade na composição 100% RB

em relação as demais, que exemplifica na Figura 10B a presença de um (outlier). Em

relação a Figura 9C, observa-se que nos intervalos de [120 e 130 °C] e [0 e 25%]; e [75

e 100%] pra composições com bambu, obtêm-se os maiores valores de TCZ.

42

Figura 10A: Teor de cinzas, em função

da temperatura de compactação e

composição.


cinzas, em função da temperatura


Figura 10C: Curva resposta

do Teor de cinzas, em função

da temperatura de


Na Figura 11A, observa-se que a temperatura de 120 ºC tem os maiores valores para

a variável TMV, para a maioria das composições estudadas, exceto a composição (25%

RB+75 RS) que tem seu pico a 130 ºC. O boxplot (Figura 11B) para TMV evidencia

que a temperatura que indica uma menor variabilidade nos valores TMV é à 120 ºC. Na

Curva de Resposta (Figura 11C), verifica-se que os maiores valores de TMV

encontram-se nos intervalos de [120 e 130 ºC] e [75 e 100%] para composição com

bambu, entretanto nota-se que os intervalos que minimizam o essa variável são [130 e

140 ºC] e [0 e 75%] para composição com bambu.

43

Figura 11A: Teor de materiais voláteis,




materiais voláteis, em função da


composição.

Figura 11C: Curva resposta

do Teor de materiais voláteis,



CONCLUSÕES

1. O uso de misturas dos resíduos de bambu com serragem no processo de

briquetagem mostrou-se tecnicamente viável resultando em briquetes com boas

características físicas e energéticas.

2. O aumento da temperatura de 120 para 130 °C favoreceu a qualidade dos

briquetes, mas somente em termos de densidade aparente e de expansão volumétrica.

3. Os maiores valores de tensão de ruptura foram obtidos para os tratamentos

compactados na temperatura de 140 °C, mas com valores mais elevados de expansão

volumétrica e menores densidades aparentes em relação aos briquetes produzidos na

temperatura de 120 e 130 °C.

120 125 130 135 140

79

.08

0.0

81

.08

2.0

Temperatura em ºC

TM

V

120 125 130 135 140

79

.08

0.0

81

.08

2.0

Temperatura em ºC

TM

V

120 125 130 135 140

79

.08

0.0

81

.08

2.0

Temperatura em ºC

TM

V

120 125 130 135 140

79

.08

0.0

81

.08

2.0

Temperatura em ºC

TM

V

120 125 130 135 140

79

.08

0.0

81

.08

2.0

Temperatura em ºC

TM

V

100% Rb75% RB + 25% RS50% RB + 50% RS25% RB + 75% RS100% RS

120º 130º 140º7

9.0

80

.08

1.0

82

.0

TMV

44

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CAPÍTULO II

CLASSIFICAÇÃO DE BRIQUETES DE BIOMASSA VEGETAL, POR

MEIO DE ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS E

TERMOGRAVIMÉTRICA

Artigo a ser submetido à Revista AGRIAMBI

48

Classificação de briquetes de biomassa vegetal, por meio de análise de

componentes principais e termogravimétrica

Resumo: O presente trabalho teve por objetivo classificar os briquetes por meio de

análise de componentes principais e termogravimétrica, produzidos com diferentes

proporções de resíduos de bambu e serragem. Utilizou-se uma briquetadeira da marca

LIPPEL, com pressão de compactação 150 Bar e tempo de prensagem de 5 min. As

temperaturas aplicadas foram 120, 130 e 140 ºC e as proporções dos componentes

bambu e serragem de 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e 0/1, em experimento inteiramente casualizado

com 15 tratamentos e 10 repetições. Foram avaliadas as propriedades físicas, químicas e

mecânicas, dos briquetes, e caracteriza-lo de acordo com sua capacidade de resistência

termogravimétrica (TG). Os dados foram submetidos a análises de agrupamento e

componentes principais (ACP), na seleção de briquetes visando à produção de

bioenergia e caracteriza-lo de acordo com sua capacidade termogravimétrica (TG).

Verificou-se que os briquetes produzidos a partir de resíduos de bambu e serragem de

madeira possuem potencial para ser transformados em energia, a Análise de

Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e seleção dos briquetes

foram eficientes, sendo observada semelhança entre grupos.

Palavras-chave: bambu, moinha de carvão, qualidade de briquetes.

49

Biomass briquettes classification, through principal componet analysis and

thermogravimetry

Abstract: This study aimed to classify the briquettes through principal component

analysis and thermogravimetric, produced with different proportions of waste and

bamboo sawdust. We used a briquetter Lippel mark with compacting pressure 150 bar

and 5 minutes of pressing time. The temperatures applied were 120, 130 and 140 ° C

and the proportions of the components and bamboo sawdust 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 and 0/1, in

a completely randomized design with 15 treatments and 10 repetitions. The physical,

chemical and mechanical properties were evaluated, the briquettes, and characterized it

according to their ability to resistance thermogravimetric (TG). The data were subjected

to cluster analysis and principal components (ACP), the selection briquettes aimed at

producing bioenergy and characterized it according to your ability thermogravimetric

(TG). It was found that the briquettes made from bamboo waste and sawdust have the

potential to be transformed into energy, the Principal Component Analysis (PCA), used

for the evaluation and selection of briquettes were efficient, being observed similarity

between groups.

Key words: bamboo, fines of charcoal, quality of briquettes.

INTRODUÇÃO

O uso energético de resíduos lignocelulósicos tem ganhado destaque em vários

países devido à grande quantidade desse tipo de material produzido pelo setor

agroflorestal. No entanto para o aproveitamento racional e adequado de resíduos é

necessário o estudo de suas propriedades energéticas (Protásio et al., 2011).

50

Para um melhor aproveitamento de uma biomassa é de fundamental, o conhecimento

do comportamento térmico e dos parâmetros cinéticos desta, durante o processo de

termo conversão (Santos et al., 2011).

A análise termogravimétrica permite um maior conhecimento da temperatura inicial

e final durante a degradação térmica (Dermibas, 2004). Na seleção e classificação de

combustíveis da biomassa para a produção de bioenergia torna-se necessário a avaliação

de características e propriedades que geralmente apresentam alguma relação entre si e

como o poder calorífico, variável energética de alta relevância para o aproveitamento

energético da biomassa residual, pois expressa a quantidade de energia térmica que é

liberada durante a combustão completa de uma unidade de massa ou de volume do

combustível (Paula et al., 2011).

A análise de componentes principais (PCA) objetiva explicar ou modelar a estrutura

de variância e covariância de um vetor aleatório composto de variáveis aleatórias, pela

construção de combinações lineares das variáveis originais (Ferreira, 2008; Mingoti,

2005).

Diante do exposto, o objetivo desse trabalho foi avaliar e agrupar propriedades de

briquetes em função de diferentes parâmetros de produção, considerando-se a técnica

multivariada de componentes principais e caracteriza-lo a partir da análise

termogravimétrica.

MATERIAL E MÉTODOS

Resíduos de bambu foram coletados na empresa “Espetinhos Dona Maria Ltda”,

localizada em Nazaré da Mata – PE, que utiliza varas de bambu colhidas em plantios de

Bambusa vulgaris Schard, para produção de espetinhos para uso doméstico e comercial.

51

A serragem por sua vez foi coletada em uma marcenaria localizada no município de

Macaíba - RN.

Para produção dos briquetes foi utilizada uma briquetadeira hidráulica, marca

LIPPEL, modelo LB-32, com matriz cilíndrica com dimensões internas de 35 mm de

comprimento, 45 mm de largura e 280 mm de altura. Para produção de cada briquete,

utilizou-se uma massa de partículas de 30 g, com teor de umidade de 8%. Para todos os

tratamentos, utilizou-se tempo de compactação de 5 minutos à pressão de 150 Bar, e

resfriamento de 2 minutos. Após a confecção, os briquetes foram condicionados por 30

dias em câmara climática a 20 °C + 3 e 60% de umidade relativa.

Para avaliar a qualidade dos briquetes determinou-se a expansão volumétrica

(Ohana, 2012) e a densidade energética, segundo procedimento preconizado por

Protásio et al. (2011); a densidade aparente NBR 11941 (ABNT, 2003); resistência à

compressão longitudinal diametral Quirino & Brito (1991); friabilidade NBR 7402

(ABNT, 1982); poder calorífico superior NBR 8633 (ABNT, 1984) e análise química

imediata (teores de umidade, carbono fixo, matérias voláteis e cinzas) NBR 8112

(ABNT, 1986).

O experimento foi executado em um delineamento inteiramente casualizado

envolvendo 3 (três) temperaturas da matriz da briquetadeira, a saber, 120, 130 e 140 °C,

e 5 (cinco) proporções de resíduos de bambu e serragem, a saber, 1/0, 3/1, 1/1, 1/3 e

0/1, resultando em 15 tratamentos com 10 repetições, totalizando 150 briquetes.

Para avaliação do padrão de decomposição térmica dos briquetes, os mesmos foram

analisados em uma balança termogravimétrica modelo TG 209 F3 Tarsus, marca

NETZCH, obtendo-se as curvas de TG/DTG em atmosfera dinâmica de N2, com a

seguinte programação: temperatura inicial de 50 ºC e aplicando-se taxa de aquecimento

de 10 ºC min-1 até temperatura final de 500 ºC, mantendo-a por 1 minuto.

52

Os dados foram inicialmente submetidos ao teste de Shapiro Wilk para avaliação da

normalidade. Verificada essa pressuposição, realizou-se análise de variância (ANOVA),

e quando detectadas diferenças significativas entre os tratamentos, aplicou-se o teste de

Tukey para comparações das médias. Todos os testes estatísticos foram analisados

adotando-se o nível de significância de 0,05.

Foram consideradas apenas as médias de cada variável e a análise de componentes

principais foi realizada, considerando-se a matriz de correlação dos dados. Esse

procedimento equivale a padronizar as variáveis e permite maior acurácia na análise

(Mingoti, 2005). Foram determinados os escores das componentes principais de

interesse como forma de classificação e formação de grupos de briquetes avaliados.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1, pode-se observar a perda de massa em percentuais em relação à

quantidade inicial de amostra em razão das faixas de temperaturas estabelecidas,

fornecidas pelo TGA, indicando a intensidade de decomposição térmica dos briquetes

analisados. Verifica-se na Figura 11 e Tabela 1, verifica-se que a maior perda de massa

dos briquetes ocorreu na faixa de temperatura de 300 a 400 ºC corroborando com

pesquisas realizadas para indivíduos arbóreos da Caatinga, em pesquisas realizada por

Carneiro et al. (2013), no qual coincide na fase da degradação da celulose, que é o

polímero natural mais abundante no material lenhoso (Lima et al. 2015).

A temperatura em que ocorre o pico mínimo da curva (pico endotérmico). Já no pico

exotérmico o de menor valor foi (354,1 ºC), o briquete produzido a 120 º C na

proporção de 3/1, bambu e serragem, respectivamente, e o maior, na temperatura de

394,4 ºC, referente ao briquete produzido a 120 ºC, na proporção de (0/1). Segundo

Yang et al. (2007) a decomposição das hemiceluloses se dá mais facilmente, com a

53

perda de massa na faixa de 220 a 315 ºC, e a pirólise da celulose ocorre em

temperaturas entre 315 a 400 ºC, onde a maior parte da celulose é degradada.

Tabela 1: Valores médios de perda de massa dos briquetes de bambu e serragem de

madeira

Temperatura (ºC)

Proporção /

Tratamento (T)

Perda de Massa (%)

Massa inicial (%) /

90 – 100 (ºC)

Massa (%) /

Pico (ºC)

Massa residual (%) /

496,5 (ºC)

120

(1/0) / T1 7,52 34,03 / 367,6 14,29

(3/1) / T2 3,98 35,22 / 354,1 12,85

(1/1) / T3 7,54 35,74 / 378,0 21,87

(1/3) /T4 6,70 36,56 / 388,1 28,01

(0/1) / T5 2,91 37,53 / 394,4 29,68

130

(1/0) / T6 7,50 34,47 / 364,1 9,77

(3/1) / T7 7,03 37,34 / 359,0 17,94

(1/1) / T8 2,24 38,81 / 387,5 28,38

(1/3) / T9 6,40 38,49 / 383,4 27,83

(0/1) /T10 3,39 38,71 / 388,9 29,58

140

(1/0) /T11 5,24 36,87 / 382,0 28,49

(3/1) /T12 1,06 38,53 / 373,6 26,53

(1/1) /T13 0,71 38,37 / 387,0 29,26

(1/3) /T14 0,02 39,48 / 389,6 30,90

(0/1) /T15 0,50 39,86 / 392,2 31,12

A curva TG apresentou três estágios de decomposição. O primeiro estágio de

decomposição ocorreu em uma temperatura inferior a 100 ºC, atribuído a evaporação de

vapor de água. O segundo estágio de decomposição ocorreu na faixa de 200 a 250 ºC,

sendo relacionado aos extrativos orgânicos presentes na biomassa. O terceiro estágio de

54

decomposição ocorreu entre 250 a 380 ºC, sendo atribuído a decomposição dos

componentes orgânicos, principalmente de, hemicelulose e celulose.

No intervalo de 350 a 400ºC ocorreram as maiores perdas de massa, para todos os

tratamentos, no qual boa parte da celulose foi degradada. Pereira et al. (2013) ao

analisar degradação térmica em diferentes clones de Eucalyptus, encontraram valores de

picos inferiores, assim como massa residual acima do encontrado, sendo mais

resistentes quando comparados a estes resíduos. Todavia, as análises de (TG/DTG) não

apresentaram variações expressivas entre os picos analisados.

Os termogramas apresentados na Figura 1, indicam que a perda de massa refletida

pela degradação térmica dos briquetes, ocorreram de forma similar, corroborando a

maneira de comportamento de degradação com espécies da Caatinga, utilizadas como

fontes de bioenergia, conforme pesquisa realizada por Carneiro et al. (2013), na qual

também foram observadas duas etapas de perda de massa, sendo a primeira atribuída à

eliminação de água (umidade dos briquetes) e a segunda, à degradação dos briquetes

propriamente dita.

55

Figura 1. Termogramas obtidos por TGA e Degradação térmica dos briquetes analisados, representados por ordem alfabética.

56

De maneira geral para todos os tratamentos a 140 ºC, a partir de temperaturas

próximas a 400 ºC verifica-se que a degradação térmica se tornou menor,

correspondendo principalmente, a degradação da lignina. Nessa temperatura, a celulose

e as hemicelulose, componentes químicos em maiores proporções, já foram quase na

sua totalidade degradadas, conforme pode ser visto na Figura 11.

Na Tabela 2 encontram-se os valores de quadrados médio encontrados para o poder

calorifico superior (PCS), materiais voláteis (MV), carbono fixo (CF), e cinzas (CZ),

dos briquetes analisados. Observa-se que houve efeito significativo da interação entre

(Temperatura x Composição) para a composição química imediata dos briquetes.

Tabela 2: Resumo da Anova das propriedades energéticas e composição química

imediata dos briquetes (bambu/serragem) em função da temperatura de compactação

FV GL

Quadrado Médio

PCS (kcal.kg-1) MV (%) CF (%) CZ (%)

Composição 4 176162.70 ** 3.09574 ** 3.73188 ** 0.09061 ns

Temperatura 2 80686.42 ** 7.70512 ** 13.95004 ** 0.06992 ns

C x T 8 91237.03 ** 2.13369 ** 1.81897 ** 0.24790 **

Erro 30 10531.82 0.0995 0.05816 0.17753

CV (%) 2.07 0.39 2.2 12.7

PCS = Poder calorifico superior; MV= Materiais voláteis; CF= Carbono fixo; e CZ= Cinzas. Médias acompanhadas

por letras minúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator composição e médias acompanhadas por letras

maiúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator temperatura, ao nível de 5% de probabilidade pelo teste

de Tukey.

Observam-se, de maneira geral, baixos coeficientes de variação amostral, o que se

pressupõe alta precisão das análises efetuadas. Os valores encontrados para a

propriedade energética e química imediata estão coerentes ao relatado na literatura para

57

vários tipos de combustíveis (Lima et al., 2011; Brand, 2010; Kumar et al., 2010; Bech

et al., 2009; Friedl et al., 2005; Parikh et al., 2005; Cordero et al., 2001).

De acordo com o Resumo da Análise de Variância (Tabela 3), houve apenas efeito

isolado dos fatores analisados, ou seja, a interação entre fator composição e temperatura

não afetou as propriedades para densidade aparente e tensão de ruptura, já a densidade

aparente, Expansão volumétrica e densidade energética houve efeito significativo

apenas ao efeito da composição.

Tabela 3: Resumo da Anova das propriedades físicas dos briquetes (bambu/serragem)

em função da temperatura de compactação

FV GL

Quadrado Médio

Evol Dap DE TR

Composição 4 14.72802 ** 0,00461 ** 0,44149 ** 3922,20 **

Temperatura 2 5.47462 ns 0,00042 ns 0,00373 ns 1880,99 **

C x T 8 21.63708 ** 0,00015 ns 0,13342 ** 30,498222 ns

Erro 30 3.23788 0.00022 0.01468 20,40161

CV (%) 32,55 1,29 2.14 4,67

EVol= Expansão volumétrica %; Dap= Densidade aparente (g.cm-3); DE= Densidade energética (MJ.m-3); TR=

Tensão de ruptura (Kgf.cm-2). Médias acompanhadas por letras minúsculas iguais não diferem estatisticamente para o

fator composição e médias acompanhadas por letras maiúsculas iguais não diferem estatisticamente para o fator

temperatura, ao nível de 5% de probabilidade ao teste de Tukey.

A primeira componente principal obtida apresentou o maior autovalor e,

consequentemente, uma alta variância estimada. Segundo Protásio et al., (2011) quando

se tem o autovalor elevado, esse explica grande parte da variância total dos dados,

indicando que pode ser interpretada como um índice de desempenho energético dos

resíduos lignocelulosicos, explicando grande parte da variância estimada. Quanto maior

58

o valor desse índice (escore) melhor será o desempenho dos briquetes para a produção

de energia. As variáveis originais como densidade aparente, expansão volumétrica,

densidade energética e tensão de ruptura (Tabela 4) explicam a variância dos dados,

contribuindo para o desempenho energético. Já as demais componentes principais

podem ser desconsideradas, pois contribuem pouco para a variância total original.

Tabela 4: Autovalores e proporção da variância total explicada e acumulada pelos dez

componentes principais obtidos a partir das variáveis originais

Variáveis

originais Autovalores

Variância

Explicada % Variância Acumulada %

Dap 3.567 35.667 35.667

Evol 2.845 28.452 64.119

DE 1.483 14.834 78.953

TR 1.144 11.435 90.388

UE 0.537 5.365 95.753

U 0.256 2.564 98.317

MV 0.129 1.289 99.606

CZ 0.039 0.392 99.998

CF 2.29E-05 0.00023 99.999

PCS 1.56E-08 1.56E-07 99.999

Dap= Densidade aparente (g.cm-3); EVol= Expansão volumétrica %; DE= Densidade energética (MJ.m-3); TR=

Tensão de ruptura (Kgf.cm-2); UE= Umidade de equilíbrio (%); U= Umidade; MV= Materiais voláteis; CZ= Cinzas;

CF= Carbono fixo e PCS = Poder calorifico superior (kcal.kg-1).

Na Figura 2 encontra-se a ordenação através da análise de componentes principais,

dos briquetes, considerando as duas primeiras componentes principais. Um ponto

qualquer plotado no diagrama (representado um tratamento) pode ser relacionado com

cada seta (representando as variáveis originais observadas), por meio de uma

59

perpendicular partindo da linha da seta até o referido ponto (Alvarenga & Davide,

1999).

Os resultados para as variáveis analisadas, foram ordenados através da ACP (Figura

2), onde os componentes principais 1 e 2 (PCA 1 e PCA 2) explicaram 64,12% da

variabilidade total dos dados. A ACP demonstrou que a distância euclidiana ocorreu

mais em função do teor de carbono fixo. Observa-se à similaridade dos briquetes 12 e

13, sendo o estoque de carbono fixo as característica mais relevante em seu

agrupamento, com relação ao T1 e T2 as características mais importantes em seu

agrupamento foram à quantidade de materiais voláteis e umidade de equilíbrio, se

tratando de uma das variáveis mais importantes o Poder Calorifico Superior nota-se

similaridade entre o T4 e T5. Portanto foi possível distinguir grupos de briquetes através

da variável desejada, como exemplo o T8 e T10 possui maior similaridade quando se

trata da variável densidade aparente.

Figura 2. Dispersão dos briquetes de resíduos agroflorestais, considerando as duas

primeiras componentes principais.

60

Dessa forma, quanto maior o valor da componente principal I, melhor será o

desempenho dos resíduos lignocelulósicos para a produção de bioenergia (Protásio et

al., 2011).

Na Figura 3 encontram-se a variância explicada acumulada e os autovalores (scree

plot) das componentes principais obtidas por meio da matriz de correlação das variáveis

originais (densidade aparente, expansão volumétrica, densidade energética, tensão de

ruptura, materiais voláteis, cinzas, carbono fixo e poder calorifico superior).

Figura 3. Variância explicada acumulada e autovalores obtidos da matriz de correlação

Observa-se que as duas primeiras componentes explicam aproximadamente 64,12%

da variância. Analisando-se os autovalores observa-se que é possível considerar apenas

dois componentes principais.

CONCLUSÕES

1. A Análise Termogravimétrica (TG) demonstraram que os briquetes produzidos à

partir de resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para serem

transformados em energia, em processos de combustão, recomenda-se o uso de

0

20

40

60

80

100

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Var

iânci

a (%

)

Componente

Variân

cia

acum

ulad

a (%)

61

briquetes com maiores valores de densidade básica, poder calorífico superior e

percentual de massa residual, no qual de maneira geral os briquetes produzido a 140 ºC

apresentaram maiores valores de massa residual.

2. A Análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e

seleção dos briquetes para a produção de energia foram eficientes, sendo observada

semelhança entre grupos, de acordo com seus valores de escores como mostrou o

diagrama de ordenação.

3. Na produção de briquetes laboratoriais destacaram-se, principalmente os seguintes

tratamentos: T4, T5 quanto ao poder calorifico superior; T11, T12 e T13 quanto a

tensão de ruptura, e T15 com maior densidade energética.

LITERATURA CITADA

Alvarenga, M.I.N.; Davide, A.C. Características físicas e químicas de um Latossolo

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65

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O uso de misturas dos resíduos de bambu com serragem no processo de briquetagem

mostrou-se tecnicamente viável, resultando em briquetes com boas características

físicas e energéticas, com teor de umidade adequado, densidade aparente elevada, baixa

expansão volumétrica, alta resistência mecânica, além de poder calorifico e composição

química imediata satisfatórias.

Os maiores valores de tensão de ruptura foram obtidos para os tratamentos

compactados na temperatura de 140 °C, mas com valores mais elevados de expansão

volumétrica e menores densidades aparentes em relação aos briquetes produzidos na

temperatura de 120 e 130 °C.

A Análise Termogravimétrica (TG) demonstraram que os briquetes produzidos à

partir de resíduos de bambu e serragem de madeira possuem potencial para serem

transformados em energia, utilizados como combustíveis em processos de combustão.

A Análise de Componentes Principais (ACP), empregada para a avaliação e seleção

dos briquetes para a produção de energia foram eficientes, sendo observada semelhança

entre grupos de acordo com seus valores de escores como mostrou o diagrama de

ordenação.

Após a aplicação dos modelos foi possível verificar em previsões feitas, onde obteve

valores mais altos de R2, nos modelos ajustados para carbono fixo 0,9941, tensão de

ruptura 0,8132 e densidade energética 0,6389, indicando que as variáveis explicativas

que foram consideradas relevantes e seus respectivos percentuais de explicabilidade da

variância dos dados (R2), bem como os parâmetros estimados e seus valores de testes

associados.

universidade federal do rio grande do norte · ao proprietário da empresa “espetinhos de bambu...

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