Universidade Federal do Paraná 4 Eng. Florestal, Dr., Professor no Departamento de Engenharia e Tecnologia

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1 CARACTERÍSTICAS ENERGÉTICAS DE DUAS ESPÉCIES DO GÊNERO Eucalyptus EM FUNÇÃO DO PONTO DE AMOSTRAGEM Rodrigo Simetti 1 ; Sandra Lucia Soares Mayer 2 ; Karine Andressa Pelanda 1 ; Clarice de Andrade 3 ; Dimas Agostinho da Silva 4 1 Eng. Industrial Madeireiro, Mestrando em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Brasil (rodrigo.simetti@gmail.com) 2 Eng. Florestal, Mestranda em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná, 3 Eng. Industrial Madeireira, Doutoranda em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná 4 Eng. Florestal, Dr., Professor no Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal da Universidade Federal do Paraná Recebido em: 31/03/2015 Aprovado em: 15/05/2015 Publicado em: 01/06/2015 RESUMO As florestas plantadas de eucalipto são uma das principais fontes de matéria-prima, quando o assunto em questão é o uso da madeira como energia renovável. Dado isto, o objetivo desse trabalho foi avaliar as características energéticas das espécies Eucalyptus grandis e Eucalyptus robusta em função do ponto de amostragem ao longo do fuste. Foram coletadas cinco árvores, com 18 anos, de cada espécie e de cada árvore foram retirados discos, na Base e a 25%, 50%, 75% e 100% da altura comercial. Foi retirada uma cunha de cada disco, que foi reduzida a serragem, material este utilizado na determinação dos teores de carbono fixo, materiais voláteis, cinzas e poder calorífico superior. Os resultados obtidos foram analisados estatisticamente considerando a espécie e ponto de amostragem como fatores. As médias foram comparadas por meio do teste de Tukey. Foi observado que o efeito da interação espécie x ponto de amostragem não foi significativo para nenhuma das características. Os efeitos independentes de ambos os fatores foram significativos para o teor de materiais voláteis e teor de carbono fixo. Para o teor de cinzas foi observado efeito significativo apenas para o ponto de amostragem. Já para o poder calorífico superior se observou o efeito significativo apenas da espécie, sendo que o Eucalyptus grandis apresentou melhor resultado (19,64MJ/kg) que o Eucalyptus robusta (18,37 MJ/kg). Com base no exposto é possível afirmar que as duas espécies possuem características que possibilitam o seu uso para fins energéticos. PALAVRAS-CHAVE: Eucalyptus grandis, Eucalyptus robusta, poder calorífico superior. ENERGY CHARACTERISTICS OF TWO SPECIES OF Eucalyptus GENUS IN RELATION TO SAMPLE POINT ABSTRACT The wood from eucalyptus plantations are an important renewable energy source. In this study it was evaluated the energetic characteristics of Eucalyptus grandis and ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

2 Eucalyptus robusta along the stem using sampling points. Five trees were harvested by specie and from each tree it was removed one disc at the base and from different heights. A small part of each disc was transformed in sawdust to be used to determination of fixed carbon, volatiles matter, ash content and higher heating value. The results were statistically analyzed considering the specie and sampling point as factors. Means were compared using the Tukey s test. It was observed that interaction between species and sampling point was not significant for any characteristics. The independent effects of both factors were significant for volatiles matter and fixed carbon content. The ash content was significantly affected only by sampling point. The gross calorific value was affected by species and the Eucalyptus grandis showed better result (19,64MJ / kg) than Eucalyptus robusta (18.37 MJ / kg). Both species have a high potential as energy source. KEYWORDS: Eucalyptus grandis, Eucalyptus robusta, higher heating value. INTRODUÇÃO A matriz energética mundial está em busca de formas alternativas de energia. Fontes renováveis estão bastante em evidência, uma vez que apresentam vantagens ambientais e estratégicas sobre as fontes fósseis, e a biomassa tem se apresentado como uma das mais importantes. Dentre as biomassas consideradas, a madeira é uma das mais promissoras. Em especial quando a matéria-prima advém de florestas plantadas, como as florestas de eucalipto, que tem sido as preferidas para o uso com fins energéticos, devido ao seu rápido crescimento volumétrico e características da madeira (GOULART et al., 2003). Os plantios de árvores do gênero Eucalyptus, no ano de 2012, totalizaram ha, sendo os estados de Minas Gerais e São Paulo os maiores produtores somando ha, aproximadamente 48% do total plantado segundo os dados da Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas (ABRAF, 2013). O Eucalyptus robusta é originário da Austrália e as condições climáticas ideais de desenvolvimento são temperaturas médias altas. A madeira produzida pelo E. robusta é considerada medianamente leve, com propriedades mecânicas de resistência moderada (FERREIRA, 1979). O Eucalyptus grandis também é originário da Austrália. O desenvolvimento desta espécie ocorre em clima subtropical úmido e tropical úmido (FERREIRA, 1975). Segundo ROCHA (2000) o E. grandis é uma espécie de rápido crescimento e de grande importância nos programas de reflorestamento. Esta espécie apresenta uma boa adaptação em quase todas as regiões do Brasil, com elevado potencial silvicultura e plantios em larga escala (SILVA, 2002). De acordo com BARRICHELO (1982) é extremamente importante o estudo da variabilidade dentro da árvore, tanto no sentido radial (medula-casca) quanto no sentido longitudinal (base-topo). Elas ocorrem em função das diferenças anatômicas do cerne e alburno, bem como dos diferentes tipos de lenho que compõem os anéis de crescimento (VALE, 2009). Dado isto, esse trabalho teve como objetivo avaliar as características energéticas de duas espécies do gênero Eucalyptus em função do ponto de amostragem ao longo do fuste. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

3 MATERIAL E MÉTODOS Para esse estudo foram coletadas cinco árvores de cada espécie, sendo utilizadas as espécies Eucalyptus grandis e o Eucalyptus robusta, ambas coletadas com idade de 18 anos. A amostragem e preparação do material seguiram os procedimentos da norma NBR (ABNT, 2004). De cada árvore foram retirados discos, na Base, 25%, 50%, 75% e 100% da altura comercial e de cada disco foi retirada uma cunha que veio a ser transformada em serragem. As amostras foram misturadas de acordo com a espécie e ponto de amostragem, com a finalidade de formar uma amostra composta representativa dos fatores a serem avaliados, para seguir para as análises posteriores. Para a determinação dos teores de carbono fixo, materiais voláteis e cinzas, foi seguido o procedimento adaptado da norma NBR 8112 (ABNT, 1983) com quatro repetições para cada amostra. O poder calorífico superior foi determinado com o uso de uma bomba calorimétrica IKA WERKE C5000 por meio do procedimento da norma NBR 8633 (ABNT, 1984). Para as análises estatísticas foi utilizado um delineamento inteiramente casualizado em um esquema fatorial duplo, com espécie e ponto de amostragem como fatores. Foi realizada análise de variância, uma vez que essa foi significativa se realizou o teste de comparação de médias de Tukey. Todos os testes consideraram o nível de significância de 5%. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foi observado que o efeito da interação espécie x ponto de amostragem não foi significativo para nenhuma das características observadas, evidenciando a independência dos fatores espécie e ponto de amostragem. Os efeitos independentes de ambos os fatores foram significativos para o teor de materiais voláteis e teor de carbono fixo. Para o teor de cinzas foi observado efeito significativo apenas para o ponto de amostragem, além de ser a variável que apresentou maior coeficiente de variação experimental. Já para o poder calorifico superior observou-se o efeito significativo apenas da espécie ( Tabela 1). Sendo assim, realizou-se apenas a análise dos efeitos simples. TABELA 1. Resumo das análises de variância para os teores de materiais voláteis, carbono fixo e cinzas e poder calorífico superior QM Fator de variação Graus de liberdade Materiais Carbono Voláteis Fixo Cinzas PCS Espécie 1 21,4975* 27,8205* 0, ns 12,2585* Ponto de amostragem 4 14,2303* 19,5116* 0, * 1,7579 ns Espécie x Ponto de amostragem 4 0,3996 ns 0,2222 ns 0, ns 1,792 ns Erro 30 0,4667 0,1127 0, ,1195 Cve(%) 0,82 2,07 15,16 5,57 ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

4 Foi possível observar diferenças significativas de acordo com o teste de Tukey no teor de materiais voláteis entre as duas espécies. Entre os pontos de amostragem a base se diferenciou de todos os outros pontos, apresentando um teor mais baixo nessa posição (Figura 1). A espécie E. grandis apresentou o teor de materiais voláteis médio de 84,29%, enquanto E. robusta apresentou 82,83%. Quando avaliado a posição a base apresentou 81,28%, os teores das outras posições variaram entre 84,41% e 83,54%. FIGURA 1. Variação do teor de materiais voláteis em função da espécie e ponto de amostragem. Para teor de carbono fixo a base apresentou valores superiores aos outros pontos avaliados, seguida de 100% e os outros três pontos (25%, 50% e 75%) não apresentaram diferença entre si. A espécie E. robusta apresentou valores superiores. Houveram vários outliers quando avaliado o efeito da espécie, todos devido aos valores encontrados na base, para ambas as espécies (Figura 2). FIGURA 2. Variação do teor de carbono fixo em função da espécie e ponto de amostragem. Os teores de carbono fixo encontrados foram de 17,06% e 15,38%, para E. robusta e E. grandis, respectivamente. Para as posições, a base apresentou o valor ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

5 médio de 18,94%, a posição 100% apresentou 16,14%, e as outras posições apresentaram valores entre 15,47% e 15,24%. Foram observados que os valores de materiais voláteis e carbono fixo são inversamente proporcionais, corroborando com os resultados encontrados por PROTÁSIO et al., (2011) e REIS et al., (2012). Os valores encontrados são semelhantes aos de KUMAR et al., (2010) que utilizaram arvores de Eucalyptus sp. entre dois e 20 anos, e encontraram valores entre 79,29% e 82, 25% para materiais voláteis, e valores entre 20,36% e 17,12% para carbono fixo. O teor de cinzas não apresentou diferença significativa entre as espécies, Já para o ponto de amostragem houve diferença do ponto de 25% em relação aos demais, sendo esse o menor (Figura 3). O teor médio de cinzas para as espécies foi de 0,20%. Quando avaliado as posições o menor teor de cinza foi de 0,15% a 25% da altura comercial, enquanto as outras posições variaram entre 0,19% e 0,23%. Segundo PEREIRA et al., (2013) o teor de cinzas está ligado com a atividade fisiológica da árvore, portanto apresenta relação direta com a quantidade de alburno presente no material. FIGURA 3. Variação do teor de cinzas em função da espécie e ponto de amostragem. O efeito do ponto de amostragem não foi significativo para poder calorífico superior, porém, sim para espécie, sendo que o E. grandis apresentou melhor resultado (19,64MJ/kg) que o E. robusta (18,37 MJ/kg) (Figura 4). Trabalhando com Paricá (Schizolobium amazonicum) para uso energético, VIDAURRE (2012) também constatou a não influencia da variação longitudinal no poder calorífico superior. SILVA et al., (2012) ao avaliarem Acacia mearnsii De Wild, E. grandis W. Hill, Mimosa scabrella Benth. e Ateleia glazioveana Baill ao longo do fuste também não encontraram diferenças significativas entre os pontos de amostragem. CASTRO et al., (2013) em trabalho com clones diversos de Eucalipto, com idades de três a sete anos, encontraram valores semelhantes, entre 19,74 MJ/kg e 18,74 MJ/kg. SANTANA (2009) trabalhando com E. grandis em idade entre três e sete anos verificou pouca influência desse fator no poder calorifico, encontrando valor médio de 19,29 MJ/kg. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

6 FIGURA 4. Variação do poder calorífico superior em função da espécie e ponto de amostragem Apesar das características químicas apresentadas pelas espécies apresentarem diferenças em relação à posição, o poder calorífico superior não apresentou o mesmo comportamento, sendo diferenciado apenas para as duas espécies, comportamento semelhante ao dos teores de carbono fixo e materiais voláteis. Por representar a quantidade de energia armazenada o poder calorífico acaba sendo uma das características mais importantes na decisão na escolha de um material como combustível. Nesse aspecto a espécie E. grandis se destaca em relação ao E. robusta. CONCLUSÕES A composição química imediata das espécies E.grandis e E. robusta aos 18 anos possuem a influência do ponto de amostragem. O poder calorifico superior das espécies estudadas não é influenciado pelo ponto de amostragem. O E. grandis apresenta poder calorífico superior maior que o E. robusta., entretanto ambas as espécies são indicadas para fins energéticos. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14660: Madeira - Amostragem e preparação para análise. São Paulo, ABNT, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8112: análise imediata: material volátil, cinzas, carbono fixo. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8633: carvão vegetal: determinação do poder calorífico. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS. Anuário Estatístico da ABRAF 2013 ano base Brasília: ABRAF, p. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

7 BARRICHELO, L.E.G. Estudo da variação longitudinal da densidade básica de Eucalyptus spp. In: Congresso florestal brasileiro, 4., 1982, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: Sociedade. Brasileira de Silvicultura, p. CASTRO, Ana Flávia Neves Mendes et al. Análise multivariada para seleção de clones de eucalipto destinados à produção de carvão vegetal. Pesq. agropec. bras. [online]. 2013, v.48, n. 627, FERREIRA, M. Escolha de Espécies de Eucalipto. Circular Técnica IPEF, v.47, p.1-30, Disponível em < GOULART, M.; HASELEIN, C. R.; HOPPE, J. M.; FARIAS, J. A.; PAULESKI, D. T. Massa específica básica e massa seca de madeira de eucalyptus grandis sob o efeito do espaçamento de plantio e da posição axial no tronco. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 13, n. 2, p KUMAR, R.; PANDEY, K. K.; CHANDRASHEKAR, N.; MOHAN, S. Effect of tree-age on calorific value and other fuel properties of Eucalyptus hybrid. Journal of Forestry Research, v.21, n. 4, p PEREIRA, B. L. C., OLIVEIRA, A. C., CARVALHO, A. M. M. L., CARNEIRO, A. D. C. O., VITAL, B. R., & SANTOS, L. C. Correlações entre a relação Cerne/Alburno da madeira de eucalipto, rendimento e propriedades do carvão vegetal Scientia Florestalis, v. 41. n 98. p PROTÁSIO, T. P.; SANTANA, J. D. P.; GUIMARÃES NETO, R.M.; GUIMARÃES JÚNIOR, J. B.; TRUGILHO, P. F.; BISPO, I.B. Avaliação da qualidade do carvão vegetal de Qualea parviflora. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 31, n. 68, p , REIS, A. A.; PROTÁSIO, T. P.; MELO, I. C. N. A.; TRUGILHO, P. F.; CARNEIRO, A. C. Composição da madeira e do carvão vegetal de Eucalyptus urophylla em diferentes locais de plantio. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 32, n. 71, p , ROCHA, M.P. Eucalyptus grandis Hill ex. Maiden e Eucalyptus dunnii Maiden como fonte de matéria prima para serrarias. Curitiba, 2000, 185 p. Tese (Doutorado em Ciências Florestais, SCA, UFPR). SANTANA, W. M. S. Crescimento, produção e propriedades da madeira de um clone de Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla com enfoque energético f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p

8 SILVA, D.A.; CARON, B.O.; BEHLING.A.; SOUZA, V.Q.; ELOY, E. Ponto de amostragem ao longo do fuste para estimava do poder calorífico da madeira. Ciência Rural, v.42. n 9. p SILVA, J.C. Caracterização da madeira de Eucalyptus grandis Hill ex.maiden, de diferentes idades, visando a sua utilização na indústria moveleira. Curitiba, 2002, 160 p. Tese (Doutorado em Ciências Florestais, SCA, UFPR). VALE, A.T.; ROCHA, L.R.; DEL MENEZZI, C.H.S. Massa específica básica da madeira de Pinus caribaea var. hondurensis cultivado em cerrado. Scientia Forestalis, v.37, n.84, p , VIDAURRE, G. B., CARNEIRO, A. D. C. O., VITAL, B. R., DOS SANTOS, R. C., & VALLE, M. L. A. Propriedades energéticas da madeira e do carvão de paricá (Schizolobium amazonicum). Revista Árvore, v. 36, n. 2, p , ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.11 n.21; p