PRODUÇÃO E ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICA DE UM CARVÃO ALTERNATIVO COMO FONTE DE ENERGIA

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1 PRODUÇÃO E ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICA DE UM CARVÃO ALTERNATIVO COMO FONTE DE ENERGIA Carlos Guilherme Lopes Grotto¹; Douglas Henrique Pereira². ¹Aluno do curso de Engenharia de bioprocessos e biotecnologia, campus de Gurupi-TO, cguilhermelopes@gmail.com PIBITI-CNPQ. ²Orientador do curso de Química Ambiental, campus de Gurupi-TO, doug@mail.uft.edu.br RESUMO Segundo o Ministério de Minas e energia - MME (2016), aproximadamente 10% da matriz energética brasileira se deve a utilização de carvão vegetal e/ou lenha. Isso ocorre porque o mesmo apresenta alto poder calorífico e fácil combustão, características ideias para a utilização em industrias. Entretanto devido à alta emissão de gases poluentes e metais potencialmente tóxicos seu uso torna-se questionável, já que contribui para o aumento de problemas ambientais e de saúde pública. Desta forma surge à necessidade de se obter novas fontes de calor que minimizem as agressões a natureza e ao ser humano, visto que o desuso do carvão é inviável. Partindo desse conceito o presente trabalho tem como objetivo desenvolver e analisar um combustível sólido alternativo. Assim, produziu-se uma substância utilizando um resíduo agroindustrial (palha de arroz), argila e fécula de mandioca, na proporção mássica inicial de respectivamente, posteriormente melhorada para Após a junção dos materiais, a substância originada foi moldada cubos para facilitar as análises. Foram realizados testes comparativos de poder calorífico indireto, densidade, umidade e resistência térmica. O produto obtido foi de forma rígida e tamanho uniforme. Através das análises realizadas observou-se que o combustível possui características semelhantes à do carvão vegetal podendo assim ser apresentado como uma alternativa viável em termos físico-químicos. Palavras-chave: Resíduo; Combustível; Alternativa. INTRODUÇÃO No mundo contemporâneo a utilização de carvão vegetal e lenha é acentuado. Isso é ocasionado porque a queima desse tipo de material ocorre de forma eficiente, apresentando poder calorifico favorável e viabilidade em termos econômicos, o que corrobora para sua utilização em larga escala principalmente em indústrias. Página 1

2 No Brasil, segundo a Empresa de Pesquisa Energética EPE (2015), 8,1% de toda matriz energética nacional é proveniente do uso de carvão vegetal e lenha, sendo 84% desse uso destinado a indústrias. O consumo de carvão vegetal está diretamente relacionado ao setor industrial, em especial à indústria siderúrgica. (UHLIG, 2008). Entretanto devido à alta emissão de gases poluentes na atmosfera seu uso tornase questionável, já que contribui para o aumento de problemas ambientais como aquecimento global e o efeito estufa. Além disso, existem também os problemas relacionados à saúde humana, já que a fumaça emitida na queima do carvão vegetal é prejudicial ao ser humano, por causar doenças respiratórias, e cardiovasculares devido à emissão de metais potencialmente tóxicos (MENGEL & KIRKBY, 2001). Desta forma surge à necessidade de se obter novas ideias para a criação de fontes alternativas de calor que minimizem as agressões ao meio ambiente, mas que sua utilização seja semelhante à do carvão vegetal, já que o desuso imediato do mesmo é totalmente inviável para a sociedade atual que lhe é dependente energeticamente. Segundo Bazzo (2005), a palha de arroz possui percentuais de carbono fixo que a permitem ser utilizada para queima e geração de energia. Além disso, a mesma quando queimada apresenta teores menores de emissão de monóxido de carbono (CO) que o carvão vegetal, o que a torna possível alternativa energética. Porém a baixa resistência térmica dificulta a sua utilização em larga escala já que essa característica não é favorável para caldeiras de indústrias. Seria possível então agregar à palha de arroz a outros resíduos e assim aumentar sua resistência, obtendo dessa forma uma alternativa viável energeticamente? Partindo dessa hipótese o presente trabalho apresenta uma proposta de produção e utilização de um combustível sólido, com características semelhantes à do carvão vegetal, tornando-o utilizável nas mesmas funções, porém minimizando as agressões ao meio ambiente e as emissões de materiais tóxicos no meio. Tais parâmetros são estudados através de analises físico-químicas comparativas entre o material produzido e amostras de carvão vegetal através de experimentos realizados no laboratório de química dos materiais na Universidade Federal do Tocantins, campus de Gurupi. Página 2

3 MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente realizou-se uma vasta revisão bibliográfica e visitas técnicas à industrias. o combustível produzido foi denominado carvão alternativo para facilitar o entendimento. Fabricação do carvão alternativo Para a produção do carvão, são necessários três materiais: fécula de mandioca, argila e palha de arroz. A fabricação do carvão alternativo consiste em quatro etapas: trituração da palha de arroz, preparação da fécula de mandioca, dissolução da argila e junção dos materiais. A metodologia que será exemplificada em seguida, se refere à produção de aproximadamente 500g de carvão. Trituração da palha de arroz Em um liquidificador foi adicionado aproximadamente 200g de palha de arroz. A mesma foi então triturada por um minuto. O material obtido foi transferido para um recipiente de poliestireno. Preparação da fécula de mandioca Em um recipiente de vidro colocou-se 20 g de fécula de mandioca, após isso adicionou-se demasiadamente 100ml de água destilada, levando o recipiente ao fogo e movimentado até formar uma substância pastosa. Dissolução da argila Em um recipiente de plástico colocou-se 100 g de argila na forma sólida. Após isso adicionou-se 100ml de água destilada demasiadamente, formando assim uma substância pastosa de cor marrom. Junção dos materiais Juntou-se em um recipiente de plástico os três materiais. Inicialmente se adicionou ao recipiente com argila, a palha de arroz tritura realizando a mistura. Após isso se acresceu a fécula de mandioca, mexendo essa mistura durante alguns minutos, até formar uma substância pastosa de cor negra. Secagem do carvão Após a mistura dos materiais, a substância obtida foi moldada em uma forma de gelo plástica. Durante seis horas o material ficou exposto à luz solar para secagem. Página 3

4 Análises comparativas Nessa etapa serão demonstrados os testes realizados para se obter comparações do carvão produzido com o carvão vegetal. Densidade As amostras de carvão vegetal e alternativo foram colocadas em béquer e aferidos a massa com auxílio de uma balança analítica. Em seguida foi adicionado 50mL de água destilada em uma proveta graduada (100mL) sendo então realizada a pesagem. As amostras dos carvões foram então colocadas na proveta observando-se a variação no volume da água. Foi possível aferir a densidade das amostras através da fórmula: (Mamostra)/(VFinal-VInicial). Teor de Umidade As amostras de carvão vegetal e alternativo foram trituradas em um cadinho com auxílio de um pistilo e colocadas em béquer para aferição da massa em uma balança analítica. Após isso as amostras foram transferidas para um cadinho higienizado e realizou-se novamente a pesagem. O material foi então colocado em uma estufa com temperatura ajustada para 100 C durante 1h e 30min. Após esse processo as amostras foram novamente, observando-se assim a perda de massa úmida. É possível assim identificar a porcentagem de umidade através da fórmula: (100xN)/P, em que N é a diferença de massa entre a pesagem inicial e afinal do experimento e P é o valor inicial aferido da amostra. Determinação do poder calorifico indireto Localizou-se quatro estruturas de material cerâmico (para simular a estrutura de uma caldeira) formando uma estrutura quadrangular, onde se adicionou aproximadamente 200 g de cada tipo de carvão. Em um béquer foram adicionados aproximadamente 100 ml de água destilada, colocada acima da estrutura. O carvão foi aceso com o auxílio de um pedaço de papel encharcado em álcool. Após aproximadamente 15 min (tempo para que o carvão acendesse) se mediu a temperatura da água com um termômetro de mercúrio em um intervalo de tempo de 5 minutos durante aproximadamente trinta minutos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Carvão produzido Página 4

5 Após a secagem o material foi retirado da forma, originando pedaços de carvão. O mesmo apresentou formato sólido e consistente. Densidade Tabela 1- Média das análises de densidade. Nas tabelas apresentadas observou-se que os valores de densidade obtidos analisando o carvão alternativo foram maiores em relação ao carvão vegetal. Segundo BRITTO et al (1982), a densidade é uma propriedade importante na utilização de carvão vegetal na siderurgia, e não havendo prejuízo para as outras propriedades, a mesma deve ser a maior possível. Diante disso, o carvão alternativo mostrou maior eficiência em termos de densidade em uma comparação direta com o carvão vegetal. Umidade Tabela 2 - Média das análises de Umidade. Na questão da umidade é amplamente conhecido que o seu teor no carvão vegetal deve ser o mais reduzido possível para o uso siderúrgico. Uma das razões é que a maior parte da água introduzida junto com o carvão é eliminada do interior do altoforno na forma de vapor (BRITO, 1993). Com os dados obtidos observou-se que o carvão alternativo apresentou menor teor de umidade em relação ao carvão vegetal, o que segundo o autor citado é vantajoso para o uso do mesmo em fornos de siderúrgicas. Poder calórico indireto No gráfico abaixo pode-se comparar a temperatura final obtida nas três repetições do experimento. Página 5

6 Gráfico 1 - Poder calorífico indireto Observou-se que a temperatura final nos experimentos utilizando o carvão vegetal foram maiores após um período de vinte minutos. A maior variação de temperatura pode ser explicada através da maior quantidade de carbono presente no carvão vegetal que possibilita a queima mais eficiente. Com esse experimento foi possível observar que o carvão vegetal apresenta maior poder calorifico indireto, porém o aumento na quantidade de carbono utilizado pode fazer com que o carvão alternativo aumente a capacidade de gerar calor. LITERATURA CITADA BRITO, José Otavio, et al. Estimativa da densidade a granel do carvao vegetal partir de sua densidade aparente. IPEF, BRITO, Jose Otavio. Reflexões sobre a qualidade do carvão vegetal para uso siderúrgico. IPEF, Piracicaba, Circular Técnica, n. 181, MENGEL, K. and KIRKBY, E. A. Principles of plant nutrition, Kluwer Academic Publishers. p.849,2001. MINISTERIO DE MINAS E ENERGIA MME. Relatório Síntese. Balanço Energético Nacional BEN Empresa de Pesquisa Energética EPE, Rio de Janeiro, UHLIG, Alexandre; GOLDEMBERG, José; COELHO, Suani Teixeira. O uso de carvão vegetal na indústria siderúrgica brasileira e o impacto sobre as mudanças climáticas.revista Brasileira de Energia, Vol. 14, No. 2, 2 Sem. 2008, pp AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq Brasil. Página 6