INFLUÊNCIA DA UMIDADE RELATIVA NO AUTO-AQUECIMENTO DO CARVÃO VEGETAL

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1 IV Fórum Ncionl sobre Crvão Vegetl Belo Horizonte MG, 8 e 9 de novembro de 216 INFLUÊNCIA DA UMIDADE RELATIVA NO AUTO-AQUECIMENTO DO CARVÃO VEGETAL Lucine Btistell 1 ; Antônio Aviz 2 ; Mnoel F. M. Nogueir 3 ; Armndo A.C. Pires 4 ; Ptrick Rousset 5 RESUMO: O uto-quecimento e combustão espontâne do crvão é um problem sério em indústris relcionds com crvão. Os ftores que cusm o uto-quecimento são ind pesquisdos e discutidos. O objetivo deste trblho foi vlir o uto-quecimento do crvão vegetl submetido diferentes umiddes reltivs. Pr tnto, um prto experimentl foi desenvolvido pr vlir dsorção de umidde e vrição d tempertur dos crvões. A vlição d vrição d tempertur durnte dsorção de águ foi cpz de indicr ocorrênci do uto-quecimento de dus mostrs de crvão vegetl (mdeir de crvlho e um bmbu). O mbiente com umidde reltiv controld em 9% provocou quecimento de 5,3 ºC pr o crvão vegetl de crvlho e 4,4 ºC pr o crvão de bmbu. O clor gerdo durnte dsorção de águ pode ser um cusdor de combustão espontâne do crvão vegetl. Plvrs chve: crvão; quecimento; dsorção de águ. 1. INTRODUÇÃO Obtido prtir d crbonizção d mdeir, o crvão vegetl é um ds fontes de energi utilizds no mundo. O crvão é empregdo como combustível pr lreirs, churrsqueirs, fogões lenh e em lguns setores d indústri, como siderúrgics e metlúrgics. O problem enfrentdo pels indústris que produzem ou utilizm o crvão vegetl é possível ocorrênci de utoquecimento, cusndo combustão espontâne. O uto-quecimento é o processo pelo qul os mteriis lcnçm temperturs mis elevds do que o mbiente devido à ocorrênci de reções exotérmics interns. Se o umento de tempertur intern é suficientemente elevdo pr cusr fug térmic, o sistem é dito pr ser cpz de uto-quecer e entrr em combustão Wolters et l. (23). Incêndios devido o utoquecimento do mteril sólido constituem um risco potencil durnte o rmzenmento e trnsporte. Pr os crvões, lguns dos ftores mis importntes indicdos como cusdores d combustão espontâne, são mudnç no teor de umidde do mbiente, tempertur, tx de fluxo de r, o tmnho de prtícul, lto conteúdo de mtéri volátil, porosidde Miur (215) e Sipilä et l. (212). As interções entre o vpor de águ e crvão podem ser exotérmic ou endotérmic, onde águ condens ou evpor. A condensção do vpor d águ n superfície e poros do crvão result em umento de tempertur devido o gnho de clor de condensção Zng, et l. (216). Vist correlção entre umidde do mbiente e o umento d tempertur do crvão vegetl, este trblho tem como objetivo vlir o uto-quecimento do crvão vegetl submetido diferentes umiddes reltivs. Os mbientes com umidde controld irão reproduzir s condições de rmzenmento em que o crvão pode ser rmzendo n indústri. 1 Doutor em Engenhri Químic - Universidde Federl do Prá - btistell.lucine@gmil.com 2 Aluno de grdução em Químic Licencitur - Universidde Federl do Prá - ntonioviz@gmil.com 3 Doutor em Engenhri Mecânic - Universidde Federl do Prá - mfmn@ufp.br 4 Doutor em Engenhri Químic - Universidde de Brsíli - rmndcp@unb.br 5 Doutor em Ciênci Florestl e d Mdeir - Centro Interncionl de Cooperção em pesquis Agronômic e pr o Desenvolvimento (CIRAD) - ptrick.rousset@cird.fr

2 IV Fórum Ncionl sobre Crvão Vegetl Belo Horizonte MG, 8 e 9 de novembro de MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Amostrs crbonizds As mostrs crvão vegetl vlids neste trblho form obtids pel crbonizção de um mdeir e um bmbu. A mdeir trt-se de um espécie de crvlho, chmd Quercus pubescens Willd. A mostr de Bmbu utilizd é denomind Drgon bmboo. As mostrs crbonizds form crcterizds qunto à nálise imedit, composição elementr, poder clorífico e áre superficil. 2.2 Auto-quecimento do crvão vegetl trvés d dsorção de águ Os ensios de vlição do uto-quecimento ds mostrs form relizdos trvés d simulção ds situções em que biomss sec é expost em mbiente com umidde reltiv controld. Pr tnto, diferentes soluções slins sturds form preprds e rmzends em frscos fechdos sob tempertur de ºC. O frsco veddo e tempertur do mbiente controld grntem que umidde reltiv no interior do frsco sej estável. As soluções slins sturds e s respectivs umiddes reltivs obtids ºC form preprds com cetto de potássio (U: 22,6%), crbonto de potássio (U: 43,2%), cloreto de sódio (U: 75,3%) e cloreto de bário (U: 9,2%). As soluções form preprds em frscos de vidro (1, L) com águ destild, em seguid fechdos com tmps de borrch e rmzendos imerso num bnho de águ ºC. As mostrs de mdeir e bmbu crbonizds form vlids n form de pedços (cubos) com msss de,1 g e 1, g. Pr medir s lterções de tempertur durnte o tempo em que mostr foi expost s diferentes umiddes reltivs, um termopr do tipo K de,5 mm de diâmetro foi inserido no meio do pedço de biomss. A vrição de tempertur foi monitord por meio de um dt logger modelo A22 (Contemp). O procedimento dotdo consistiu em secr os pedços de mostr em tempertur de 15 ºC e fluxo de,5 L min -1 de N 2. Depois de sec, mostr foi retird do secdor e rpidmente expost o mbiente com umidde controld ds soluções slins sturds. Todos os experimentos form relizdos em duplict. A Figur 1 mostr um esquem d configurção utilizd pr vlir o uto-quecimento d o crvão vegetl por exposição à umidde reltiv. Figur 1: Representção esquemátic do prto experimentl utilizdo pr medição d lterção de tempertur d mostr por exposição à tmosfer controld. Termopr retor Entrd N 2 Termopr mostr Mnt de quecimento Retor de secgem (15 C/3 min) Controldor de tempertur Termopr mostr Amostr Solução slin sturd Bnho de águ C

3 IV Fórum Ncionl sobre Crvão Vegetl Belo Horizonte MG, 8 e 9 de novembro de RESULTADOS E DISCUSSÃO 2.1 Crcterizção ds mostrs de crvão vegetl Os resultdos d nálise imedit, elementr, poder clorífico e áre superficil (BET) ds mostrs de crvão vegetl de crvlho e bmbu vlids são presentdos n Tbel 1. De mneir gerl, pode ser observdo que o crvão vegetl produzido com mdeir crvlho contém mior teor de crbono elementr e fixo qundo comprdo com o Bmbu. O lto conteúdo de crbono, ssocido com bix concentrção de oxigênio são responsáveis pelo mior poder clorífico do crvão vegetl de crvlho. Além disso, o crvão vegetl de crvlho presentou mior áre superficil, ou sej, est mostr possui mior superfície de contto com o vpor de águ. Tbel 1- Resultdos ds nálises imedit, elementr e poder clorífico ds mostrs crvão vegetl de crvlho (Quercus pubescens Willd) e bmbu (Drgon bmboo). Análises Crvlho Bmbu Análise Imedit [%,b.s. ] Mtéri volátil 12,66 15,57 Crbono fixo 86,81 77,85 Cinzs,53 6,58 Análise Elementr [%, l.u.c. b ] C 89,6 82,2 H 2, 1,55 N,52,49 O c 7,55 15,76 PCS d [MJ kg -1 ],86 3,37 BET e (m 2 g -1 ) 2, 4, Bse sec; b Bse livre de umidde e cinz; c Clculdo por diferenç; d Poder clorífico superior; e Áre de superfície por isorterms Brunuer, Emmett e Tller (BET). 2.2 Auto-quecimento do crvão vegetl trvés d dsorção de águ Os perfis de vrição d tempertur ds mostrs de crvão vegetl de crvlho e bmbu (previmente secs) mntids em mbiente com umidde reltiv controld ºC são mostrdos n Figur 2. Figur 2- Vrição de tempertur d mostr de crvão vegetl de crvlho exposto em diferentes umiddes reltivs ºC. ) ) crvão de,1 g; b) crvão de 1, g.

4 IV Fórum Ncionl sobre Crvão Vegetl Belo Horizonte MG, 8 e 9 de novembro de 216 CH3COOK (22.6%) BCl2 (9.2%) K2CO3 (43.2%) KCl (84.3%) NCl (75.3%) CH3COOK (22.6%) BCl2 (9.2%) K2CO3 (43.2%) KCl (84.3%) NCl (75.3%) b Figur 3- Vrição de tempertur d mostr de crvão vegetl de bmbu exposto em diferentes umiddes reltivs ºC. ) crvão de,1 g; b) crvão de 1, g. CH3COOK (22,6%) BCl2 (9,2%) K2CO3 (43,2%) KCl (84,3%) NCl (75,3%) CH3COOK (22,6%) BCl2 (9,2%) K2CO3 (43,2%) KCl (84,3%) NCl (75,3%) Tempo(min) b Por meio dos resultdos presentdos n Figur 2 e 3 (-b) pode ser observdo que umentndo umidde reltiv do mbiente ocorre um umento d tempertur ds mostrs de crvão vegetl de crvlho e bmbu. Dest form, tendênci de umento d tempertur ds mostrs seguiu seguinte ordem crescente de umidde fornecid por cd solução slin sturd: CH 3 COOK (22,6%) < K 2 CO 3 (81,3%) < NCl (75,3%) < KCl (84,3%) < BCl 2 (9,2%). Qundo s mostrs dos crvões vegetis secos form introduzids no mbiente com umidde controld foi observdo um rápido umento d tempertur, lcnçndo picos máximos de tempertur em torno de três minutos. O rápido umento d tempertur pode ser ssocido à ligeir dsorção de águ. De cordo com os perfis de tempertur presentdos n Figur 2 e 3, o mbiente com umidde reltiv de 9% cusou o mior quecimento ds mostrs de crvão. A tempertur do crvão vegetl de crvlho pssou de,6 ºC pr,85 ºC, e pr o crvão de bmbu o umento foi de,8 ºC pr,9 ºC, em mbiente com umidde de 9%. O crvão de crvlho possui mior áre superficil (2, m 2 g -1 ), sendo cpz de dsorver mior quntidde de águ e consequentemente, present o mior umento de tempertur. O clor gerdo quece própri mostr, bem como, s prtículs que se encontrm os rredores. Após ter lcnçdo o pico máximo, tempertur d mostr decresceu vgrosmente o longo dos 3 minutos vlidos. A tempertur diminui grdulmente, pois tx de dissipção de clor excede tx de gerção de clor. Pode ser observdo que perd de clor ds mostrs de

5 IV Fórum Ncionl sobre Crvão Vegetl Belo Horizonte MG, 8 e 9 de novembro de 216 1, g ocorre mis lentmente qundo comprd com s mostrs de,1 g, isto ocorreu devido diferenç d áre de contto entre s mostrs. O umento d tempertur ds mostrs de crvão está ssocido com dsorção de águ proveniente do mbiente produzido pel solução slin sturd. A umidde do mbiente condens n superfície e nos poros do crvão vegetl (previmente seco) liberndo energi (clor ltente de condensção), isto cus o uto-quecimento d mostr. O uto-quecimento pode levr um combustão ou explosão, se tempertur for superior um tempertur crític. 3. CONCLUSÕES O possível umento d tempertur de mostrs sólids provocdo pel dsorção de vpor de águ foi vlido pr dus mostrs de crvão vegetl (crvlho e bmbu). Um prto experimentl foi desenvolvido pr vlir dsorção de umidde e vrição d tempertur dos crvões. O mbiente com umidde reltiv de 9% provocou quecimento de 5,3 ºC pr o crvão vegetl de crvlho e 4,4 ºC pr o crvão de bmbu. O clor gerdo durnte dsorção de águ queceu própri mostr umentndo o risco de combustão espontâne. 4. AGRADECIMENTOS Ao CNPQ pelo poio finnceiro o projeto e Universidde Federl do Prá e o Cird (Centro Interncionl de Cooperção em pesquis Agronômic) pelo poio pesquis. 4. REFERÊNCIAS MIURA, K., Adsorption of wter vpor from mbient tmosphere onto col fines leding to spontneous heting of col stockpile. Energy Fuels, v. 3, p 219 2, 216. SIPILÄ, J., AUERKARI, P., HEIKKILÄ, A-M., TUOMINEN, R., VELA, I., ITKONEN, J., RINNE, M., AALTONEN, K., Risk nd mitigtion of self-heting nd spontneous combustion in underground col storge. Journl of Loss Prevention in the Process Industries, v., p , 212. WOLTERS, F.C.; PAGNI,P.J.; FROST, T.R.; CUZZILLO, B.R., Size constrints on self ignition of chrcol briquets. Fire sfety science--proceedings of the seventh interntionl symposium, p , 23. ZANG, J.; REN, T.; LIANG, Y.; WANG, Z., A review on numericl solutions to self-heting of col stockpile: Mechnism, theoreticl bsis, nd vrible study. Fuel, v. 182, p. 8-19, 216.