UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL CALIBRAÇÃO DO MUG-M75 MEDIDOR PORTÁTIL DE UMIDADE DESENVOLVIDO POR MARRARI AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL LTDA. ESTER BÜHLER STORCK BLUMENAU 2012

2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO... 3 MATERIAIS E MÉTODOS... 3 RESULTADOS... 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 9

3 INTRODUÇÃO Nos últimos anos, a busca por uma fonte energética de baixo custo de aquisição e menor risco ambiental vem aumentando consideravelmente devido a inúmeros fatores, principalmente os ambientais. A queima de biomassa em fornalhas de caldeiras industriais tem como principal finalidade a geração de vapor através do aquecimento de água ou fluidos térmicos. O cavaco é um recurso energético renovável composto por lascas e pequenos pedaços de madeiras oriundos da picagem de toras de madeira que na maioria das vezes é de baixa qualidade. Os cavacos destinam-se a produção de energia em fornos e caldeiras, apresentam boas características energéticas, menor quantidade de cinzas agressivas ao meio ambiente e melhor desempenho em relação aos combustíveis à base de petróleo. Por estas razões é considerado, atualmente, o combustível mais adequado para a produção de energia na indústria, quando a alimentação é feita através de sistemas mecânicos usando-se rosca-sem-fim e silo para o suprimento do material. O calor gerado na caldeira pela biomassa está relacionado com o teor de umidade dos cavacos. A umidade ideal é fundamental para o processo de queima em fornalhas e caldeiras. Incinerar um combustível úmido reduz o calor líquido gerado pela caldeira, pois parte do poder calorífico é consumido na fornalha para evaporar a água da própria madeira. Assim, foram introduzidos no mercado, medidores de umidade de biomassa, para que as empresas tenham um maior controle do que estão produzindo ou comprando. O presente trabalho tem como objetivo calibrar o medidor de umidade de biomassa e materiais granulados MUG-M75 Medidor Portátil de Umidade, desenvolvido pela Marrari Automação Industrial Ltda. MATERIAIS E MÉTODOS Os trabalhos de verificação do número de bits no MUG-M75 e teor de umidade dos cavacos foram realizados no Laboratório de Processos de Industrialização da Madeira (LaPIM), localizado no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Regional de Blumenau. Após contato via telefone, foram coletadas amostras de cavaco em 7 diferentes empresas inseridas nos setores mencionados na Tabela 1.

4 Tabela 1: Empresas onde foram coletadas amostras de cavaco. Empresa Cidade Setor 1 Bunge Alimentos S.A. Gaspar Alimentício 2 Círculo S.A. Gaspar Têxtil 3 Malharia Brandili Ltda Apiúna Têxtil 4 Estrada Cavacos Ltda Indaial Madeireiro 5 Rohden Portas e Artefatos de Madeira Salete Madeireiro 6 Serraria Werner Gaspar Madeireiro 7 Multicolor Têxtil Agrolândia Têxtil Foi realizada também uma análise de granulometria para o material de cada empresa, apresentada na Tabela 2. O número de amostras de cada empresa é variável entre 6 e 12 amostras para cada. A composição dos cavacos de cada empresa também varia, tendo sua distribuição da seguinte maneira: Bunge Alimentos S.A. e Estrada Cavacos Ltda. predominantemente Eucalyptus spp.; Círculo S.A., Malharia Brandili Ltda., Multicolor Têxtil, Rohden Portas e Artefatos de Madeira (PE - Pátio) e Serraria Werner Pinus spp. e Eucalytus spp.; e Rohden Portas e Artefatos de Madeira (PP - Produção própria) Pinus spp. e resíduos de serraria. Tabela 2: Granulometria (%) das amostras de cada empresa. Estrada Brandili Multicolor Círculo cavacos Bunge Rohden PP Rohden PE Grade (mm) % % % % % % % % Werner 25,4 21,46 16,94 16,40 25,76 1,09 6,51 16,15 6,19 19,1 16,33 25,74 20,05 18,73 9,72 20,71 13,37 20,18 12,7 28,74 33,96 31,11 34,09 24,98 36,11 30,39 37,88 9,52 14,49 9,50 17,68 11,56 23,51 13,16 14,80 12,73 6,35 12,14 9,88 10,43 6,90 26,29 10,46 16,14 9,12 4,8 2,50 2,45 0,96 2,26 9,49 3,92 5,92 3,68 2,4 3,97 1,15 3,36 0,29 3,03 2,61 1,93 2,58 1,68 0,36 0,38 0,41 1,88 6,52 1,30 7,64 TOTAL 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Na maioria das amostras dos cavacos a peneira com grade de 12,7 mm reteve a maior fração da massa. Devido a esse fato e a constituição das espécies madeireiras, foi possível agrupar e dividir os oito materiais diferentes em três receitas. O medidor de umidade para biomassa e materiais granulados (MUG-M75) é um equipamento portátil para medir o conteúdo de umidade em materiais particulados tais como: biomassa, cavacos de madeira, serragem, resíduos de colheita agrícola, pellets, ração animal, etc. O material avaliado no presente trabalho é cavaco de madeira. O

5 equipamento analisa as perturbações de um campo eletromagnético causadas pela presença do material em análise e correlaciona essas alterações com o conteúdo de umidade do material. O campo eletro-magnético é criado dentro de um recipiente cuja geometria permite a análise de uma amostra de volume significativo e que considera as pequenas variações do material contido numa amostra. O recipiente (MUG-M75) foi completado até o topo (cerca de 35 litros) com os cavacos das diferentes empresas e a leitura em bits foi feita no mostrador digital na lateral do medidor. O MUG-M75 trata de um medidor dielétrico do tipo capacitância. Esses medidores de umidade usam a relação entre a umidade da madeira e a constante dielétrica. A madeira é penetrada pela corrente elétrica associada com o capacitor de frequência - determinando o circuito de um oscilador quando o eletrodo do medidor entra em contato com a madeira. A frequência do oscilador muda de acordo com o efeito da amostra na capacitância do capacitor ou, em outras palavras, de acordo com a constante dielétrica da amostra de madeira. Um discriminador gera um sinal de frequência, que lê a medição, proporcional as mudancas na frquencia. Usando a relação entre a constante dielétrica e a umidade, o medidor pode ser calibrado para ler o teor de umidade do material. (James, 1988). Depois de ler o número de bits no aparelho, foram retiradas amostras de cada empresa, para serem secas em estufa, e posterior medição do teor de umidade real seguindo a ABNT NBR Determinação do Teor de umidade de cavacos método por secagem em estufa. Assim, foi possível confeccionar (via Microsoft Excel) uma tabela e gráfico que correlaciona a medição em bits executada pelo sensor de umidade com o teor de umidade (%) real do material. Esta tabela é considerada Receita de Umidade e permite transformar a medição da umidade que é executada em bits para % de umidade do material. Depois de prontas as receitas, foram feitos testes com o material de duas empresas para determinação do erro de amostragem. As amostras foram inseridas no aparelho e o teor de umidade foi determinado. Após a leitura, essas amostras foram pesadas e postas em estufa para a medição do teor de umidade real. Com os dois resultados, foi possível estimar um erro médio para as amostras a através da seguinte fórmula: Onde: U% MUG-M75 é a umidade lida no aparelho, com a receita correta; U% Real é o teor de umidade lido em laboratório após secagem em estufa.

6 RESULTADOS Com os gráficos de Bits x Teor de umidade, foi possível formar três receitas diferentes. A receita 0 (Gráfico 1) considera cavacos onde o Eucalyptus spp. é a espécie dominante, a receita 1 (Gráfico 2) considera cavacos onde Pinus spp. e Eucalyptus spp. estão misturados, situação que ocorre na maioria das empresas da região, e a receita 2 (Gráfico 3) considera apenas cavacos de Pinus spp., que são as amostras da produção própria da Rohden Portas e Artefatos de Madeira. Gráfico 1: Receita 0 - Relação Teor de umidade (%) X Leitura em Bits. Calibração para apenas cavacos de Eucalyptus spp.. Gráfico 2: Receita 1 - Relação Teor de umidade (%) X Leitura em Bits. Calibração para cavacos de Pinus spp. e Eucalyptus spp..

7 Gráfico 3: Receita 2 - Relação Teor de umidade (%) X Leitura em Bits. Calibração para apenas cavacos de Pinus spp.. Gráfico 4: Todas as amostras das empresas da região. Relação Teor de umidade (%) X Leitura em Bits. Apresentando a linha de tendência com R²= 0,7138 Foi também confeccionado um gráfico com todas as amostras (Gráfico 4), ele nos mostra que não há grande diferença entre o tipo de material, e sim sob a granulometria. O MUG-M75 possui uma capacidade para até 10 receitas, com 5 amostras cada uma, então dentre os diversos dados que cada receita no presente trabalho tem, foi aplicado a análise de regressão sob os dados, e foram escolhidos aqueles que continham o menor erro para serem introduzidos no aparelho e assim, fazer a calibração. Depois de inseridas as receitas no aparelho, testes foram feitos para testar a eficiência do medidor. Os cavacos são inseridos no medidor com a receita ajustada para o tipo de material, e o teor de umidade é lida no aparelho. Uma amostra é retirada para medição do teor de umidade real em laboratório, para ser feita a comparação entre os

8 dois dados. Esses testes foram feitos nas empresas Bunge Alimentos S.A. e Serraria Werner, e os resultados foram satisfatórios (Tabela 3), não possuindo um erro maior que 0,14 ou 14%. Tabela 3: Teor de umidade (%) medida no MUG-M75 e Real. Erro das comparações entre as duas medições U% MUG-M75 U% real Erro 38,90 39,98 0,03 41,60 44,31 0,06 42,10 45,38 0,07 40,30 44,65 0,10 41,00 40,51 0,01 46,20 40,42 0,14 42,00 42,76 0,02 40,80 38,70 0,05 39,80 35,20 0,13 41,20 38,74 0,06 Apesar de o maior erro ter sido de 14%, os erros se compensam, a estimativa da média apresentou erro de apenas 0,7%. E o erro médio de cada medida foi de 6,6%, concluindo que o aparelho se comporta de forma bastante eficaz em relação as medições de umidade de cavacos com a granulometria em questão (Gráfico 5). U% Real X U% MUG-M75 Teor de Umidade (%) U% real U% MUG-M Teor de Umidade (%) Gráfico 5: Relação entre U% Real (medida em laboratório) e U% medida do MUG-M75. Esse trabalho somente foi desenvolvido devido a grande ajuda dos profissionais da Marrari Automação Industrial Ltda.: Adroaldo M. Gomes (Engenheiro e Vendedor técnico), Douglas Findeiss (Consultor técnico) e Joaquim C. Almeida (Gerente Comercial) que me ensinaram as técnicas e tornaram todo o trabalho possível, além de disponibilizarem as amostras.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14929: Madeira - Determinação do teor de umidade de cavacos - Método por secagem em estufa. Rio de Janeiro, James, William L. Electric moisture meters for wood. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-6. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory; p. Informação sobre o equipamento MUG-M75. Disponível em: Acesso em: 28/08/12.