CARACTERIZAÇÃO ENERGÉTICA DE AMOSTRAS DE RESÍDUOS DA INDUSTRIA DE COURO

Transcrição

1 CARACTERIZAÇÃO ENERGÉTICA DE AMOSTRAS DE RESÍDUOS DA INDUSTRIA DE COURO Isabele Oliveira de Paula 1, Carolina Santana Michels 1, Robson Leal da Silva 1 1 Engenharia de Energia & Engenharia Mecânica / FAEN / UFGD, Rodovia MS-270 (Dourados- Itahum), km 12, Dourados-MS. CEP , Fones +55(67) /70/80 Grupo de Pesquisa ARENA/CNPq Aproveitamento de Recursos Energéticos isabele-17@hotmail.com Resumo Esse trabalho mostra resultados de análise imediata para amostras de resíduos provenientes de uma fábrica de artigos de couro. Foram obtidos dados experimentais para a análise imediata de acordo com a norma ABNT NBR 8112 de 1986 (Carvão Vegetal Análise Imediata). Os dados de Poder Calorífico foi obtido através de modelos matemáticos para correlações com resultados experimentais da análise imediata. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Engenharia de Energia da Universidade Federal da Grande Dourados e foram obtidos resultados pra o teor de umidade (%), teor de matéria volátil (%), teor de cinzas (%), teor de carbono fixo (%) e poder calorífico superior (kj/kg). Palavras-chave: Energia Renovável, Biocombustível, Análise Imediata, Biomassa, Caracterização Energética. Abstract This work shows results of proximate analysis for waste samples from a factory of leather goods. Experimental data were obtained for proximate analysis according to standard NBR (Charcoal - Immediate analysis). High Heating Value data was obtained through a correlation formula with proximate analysis. The results were obtained in Universidade Federal da Grande Dourados - Energy Engineering Laboratories and the results were obtained for the Moisture Content (%) Content of Volatile Material (%) Ash content (%), Fixed Carbon Content (%) and High Heating Value (kj / kg). Keywords: Renewable Energy, Biofuel, Proximate Analysis, Biomass, Energetic Characterization.

2 1. INTRODUÇÃO Devido as atuais formas de energia populares no mundo serem em sua grande maioria oriundas de combustíveis fósseis, que geram grande preocupação devido a poluição e aquecimento global, foi necessário nos últimos anos procurar novas fontes de energia que cessassem essas preocupações e outra muita importante, o esgotamento e o alto preço desses combustíveis. As alternativas procuradas são energias limpas e renováveis, como a biomassa. O termo biomassa, em amplo sentido, refere-se a qualquer tipo de matéria orgânica que tenha sua origem imediata como consequência de um processo biológico (SEYE, 2012). Essa energia é considerada limpa devido ser uma forma indireta de aproveitamento da luz solar, pois como se trata de um ser vivo, ocorre em seu organismo um processo biológico de conversão da radiação solar em energia química por meio da fotossíntese (MINISTERIO DO MEIO AMBIENTE, 2012). Por meio de processos de conversão de biomassa, como a combustão ou gaseificação, essa energia proveniente da radiação solar é liberada. Nesse artigo são utilizadas amostras provenientes de uma fábrica de couro, cuja industria é de grande importância para a economia brasileira. Segundo Corrêa (2001). A cadeia produtiva é constituída por aproximadament 450 curtumes, seis mil empresas de calçados, 110 fabricantes de máquinas e equipamentos, produtores de componentes para calçados e empresas fabricantes de artefatos de couro. Essa indústria teve origem no Rio Grande do Sul, no século 19 com maior concentração de curtumes na conhecida região do Vale dos Sinos (RS), de onde as amostras do presente trabalho foram obtidas. Com o passar dos anos o país se tornou o terceiro maior produtor mundial de calçados, com 4,7% de participação na produção total (CORRÊA, 2001) gerando cerca de 550 mil empregos. Como qualquer atividade industrial, a indústria couro-calçadista também gera resíduos. Estudos realizados na região sul do Brasil mostraram que os resíduos gerados em 2001 foram superiores a 200 tneladas/mês. (SERRANO, 2001). Buscando uma solução para a destinação correta desses resíduos, associada com um aproveitamento energético para geração de energia térmica e cogeração de energia elétrica, esse trabalho consiste na caracterização de resíduos de couro da região sul do

3 país, com parâmetros de poder calorífico, teor de umidade, teor de cinzas, matérias voláteis e carbono fixo, voltados para uma análise da viabilidade de uso desse resíduo. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Os experimentos foram conduzidos na UFGD, no laboratório de Energias Renováveis. O teor de umidade que consiste na secagem do material foi feita com a estufa Sppencer scientific 420-1d Fig. 1(a). Para o procedimento de teor de cinzas e teor de matérias voláteis, foi usado o forno mufla Novus N1100 Fig. 1(b). Por último, para a pesagem das amostras em todos os casos foi utilizada uma balança da Bel Engineering, com precisão de 0,01g Fig. 1(c). Os equipamentos são mostrados na Figura 1. (a) (b) (c) Figura 1. Equipamentos utilizados na análise imediata. Todos os procedimentos foram feitos de acordo com a norma NBR 8112 (ABNT, 1986). 2.1 Teor de Umidade Primeiramente, configurou-se a estufa para aquecimento a 100 C. Foram utilizados 10 cadinhos previamente secos com 1 grama de resíduo de couro em cada. Os cadinhos foram colocados na estufa por um tempo previamente determinado e retirados de dez em dez minutos para confirmar a estabilização da massa. No final do processo, as massas foram anotadas em com estes valores foram calculados o teor de umidade segundo a equação 1.

4 TU=((m1-m2)/(m1-m0))*100 (1) Em que m0 representa a massa do cadinho seco, m1 a massa do cadinho mais a biomassa úmida, m2 a massa do cadinho mais a biomassa seca, todas em gramas e TU o Teor de umidade em porcentagem. 2.2 Teor de Matéria Volátil O teor de matérias voláteis mede a porcentagem de biomassa que volatiliza durante a combustão. As amostras resultantes do teor de umidade foram separadas de duas em duas colocadas primeiramente na tampa da mufla previamente aquecida a 900 C durante 3 minutos e depois no interior do forno, quando a tampa foi fechada e os cadinhos permaneceram lá por mais 7 minutos. Após esse tempo as amostras foram resfriadas com o auxilio de um dessecador e pesadas. Para o cálculo do teor foi utilizada a equação 2. TV=((m2-m3)/(m2-m0))*100 (2) Em que m0 é a massa do cadinho seco, m2 a massa do cadinho mais biomassa seca e m3 é a massa do cadinho mais o resíduo de voláteis, todos em gramas. Além disso, TV é o teor de matérias voláteis (%). 2.3 Teor de Cinzas Para o teor de cinzas, que mede a quantidade de cinzas resultante no final do preocesso de combustão, utilizou-se a mufla previamente aquecida a 700 C. As amostras secas foram introduzidas no interior do equipamento e lá permaneceram por 1 hora. Passado esse período, as amostras foram esfriadas e pesadas. Para o cálculo do teor, foi utilizada a equação 3. TC=((m4-m0)/(m3-m0))*100 (3)

5 Em que, m0 é a massa do cadinho seco, m3 é a massa do cadinho mais biomassa seca e m4 a massa do cadinho mais cinzas, todas em gramas, e TC o teor de cinzas (%). 2.4 Teor de Carbono Fixo O Teor de carbono fixo não contém parte experimental direta, mas ele é obtido através das outras análises, através da equação 4. CF(%) = (TC+MV) (4) volátil. Onde CF é o teor de carbono fixo, TC é o teor de cinzas e MV é o teor de material 2.5 Poder calorífico O poder calorífico mede a quantidade de energia produzida a partir da combustão da biomassa. Ele é obtido ulizando uma bomba calorimétrica, porém neste trabalho ele foi realizado a partir da correlação mostrada na equação 5, segundo PARIKH, PC (MJ/kg) = 0,3536(CF) + 0,1559(MV) - 0,0078(TC) (5) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos dos experimentos realizados segundo a metodologia descrita acima são mostrados na tabela 1. Tabela 1. Resultados da análise imediata do resíduo de couro e da casca de amendoim. Biomassa Teor de Umidade (%) Teor de Matérias Voltáteis (%) Teor de Cinzas (%) Carbono fixo (%) Poder Calorífico Superior (MJ/kg) Resíduo de Couro 12,33 76,13 6,99 16,77 17,70

6 O teor de umidade, que significa a quantidade de água que existe na amostra foi de 12,33%. Segundo Ekinci (2010) o valor do teor de umidade do resíduo de poda de maça é de 37,66%. Uma pesquisa feita por Vieira, 2012 mostra tambem que a umidade da casca de arroz é 10,61%, dos resíduos de Soja é de 6,3%, do bagaço de cana é 8,2% e por fim do sabugo de milho é de 17,1%. A umidade da amostra pesquisada se mostra, portanto, satisfatória e até melhor que várias biomassas encontradas na natureza. Para o teor de voláteis, foi encontrado um valor de 76,13%. Segundo Pereira (2014) alguns valores de materiais voláteis encontrados na natureza são, em porcentagens (%): 64,10 para a casca de arroz, 80,42 para o bagaço de cana, 80,00 para o farelo de soja e 74,92 para a casca de bocaiuva, fruta típica do cerrado brasileiro. Esses valores mostram que novamente a biomassa aqui estudada se enquadra na média das biomassas comuns e se mostra dessa maneira, forte alternativs para a utilização energética. Ainda segundo Pereira (2012), o teor de cinzas, quando muito alto, pode gerar problemas quanto a manutenção, alem de comprometer o processo de combustão e o teor desejável está abaixo de 7%. Esse valor valoriza principalmente a casca de amendoim, cujo valor, de 2,26% encontra-se bem abaixo do máximo recomendado. Os valores encontrados na literatura para outras biomassas como bagasso de cana-de-açucar (Demirbas, 2004) e casca de arroz (Diniz, 2005) são, respectivamente 11.30% and 17.1%. O teor de carbon fixo é a massa restante depois da liberação da matéria volátil, excluindo o teor de cinzas e umidade. (McKendry, 2002). Os valores obtidos para as amostra foi de 16,77% para o resíduo de couro. Esse valor é relacionado com a quantidade de calor gerado. Na literatura são encontrados valores de 16,7% segundo Demirbas (2004) e 18,32% para a o sabugo de milho. Já o poder calorífico, obtido através da equação de Parikh (2005), mostra um valor de 17,70 para o resíduo de couro. Valores obtidos por Leal da Silva et al (2014) mostram que o poder calorífico superior encontrado para a casca de Bocaiúva e o Bagasso de Crambe foi de 19,20% e 17,15%, respectivamente. 4. CONCLUSÃO Os valores para a amostra foram satisfatórios, comparando-se com outras amostras disponíveis na literatura, concluindo-se assim que o resíduo de couro é um bom candidato

7 para o uso como combustível em processos para a produção de energia como o de combustão. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradacem ao projeto / Avaliação de sistemas de potência operando em coqueima (cofiring) ou queima combinada de carvão com resíduos, coordenado pelo Paulo Smith Schneider. Também pelas bolsas de IC / ITI Iniciação Científica e Iniciação Tecnológica Industrial, no período (Agosto/2014, Dezembro/2015), ambas providas pela CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio e CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. Agradecem a UNISINOS (São Leopoldo-RS) pelo fornecimento das amostras. Agradecimentos também a José Carlos Venturin e demais técnicos do laboratório de Engenharia de Energia/FAEN Faculdade de Engenharia. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CORRÊA, A., 2001, O Complexo Coureiro Calçadista Brasileiro, BNDS setorial, Rio de Janeiro, 92p, set DEMIRBAS, A., 2004, "Combustion Characteristics of Different Biomass Fuels", Progress in Energy and Combustion. Science, Vol.30(2), pp DINIZ, J., 2005, "Conversão térmica de casca de arroz à baixa temperatura: produção de bioóleo e resíduo sílicocarbonoso adsorvente", Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Brazil, 185p. EKINCI, K. Utilization of apple pruning residues as a source of biomass energy: A case study in Isparta province. Energy exploration & exploitation, Volume 29 Number pp LEAL DA SILVA, R. et al, Experimental results for proximate analysis and estimations for elemental composition and HHV: Bocaiúva (shell) and Crambe (bagasse) as residual biomass. In: Proceedings of the VIII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM Uberlândia-MG, Brazil. 8p. MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Disponível em < > Acesso em 27 de junho de 2015 ás 13h30min.

8 PARIKH, J., CHANNIWALA, S. A., GHOSAL, G. K., 2005, "A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels", Fuel, nº 84, p PEREIRA, T. V.; SEYE O. Caracterização fisica termica de biomassa local ENEPEX, UFGD/UEMS. SEYE, O. Apostila Energia da Biomassa: curso Engenharia de Energia. Capítulo 1- Introdução a Situação Atual p. SERRANO, C. L. S. Mapeamento dos Resíduos Poliméricos Produzidos Pela Indústria Calçadista na Região do Vale do Rio dos Sinos, disponível em Anais do 6 Congresso Brasileiro de Polímeros, Gramado p VIEIRA, A.C., 2012, "Caracterização da biomassa proveniente de resíduos agrícolas para geração de energia". UNIOESTE, Cascavel, Brazil, 72p.