XVII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA I ENCONTRO DE ENGENHARIA DE SISTEMAS IV WORKSHOP DE LASER E ÓPTICA NA AGRICULTURA 27 a 31 de outubro de 2008

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1 ESTUDO DA COMPOSIÇÃO FÍSICA DO BAGAÇO DE CANA JOYCE MARIA GOMES COSTA 1* ; JOHNSON CLAY PEREISA SANTOS 2 ; JEFFERSON LUIZ GOMES CORRÊA 3 ; VIVIANE MACHADO DE AZEVEDO 4 RESUMO O objetivo deste trabalho foi a caracterização do bagaço de cana da usina Luciânia (Louis Dreyfus Coodities), localizada e Lagoa da Prata, MG. A densidade aparente de dois tipos de partículas, chaadas fibras e pó, fora deterinadas co dois teores de água distintos. A análise granuloétrica foi feita deterinando-se o percentual de fração ássica, utilizando-se u conjunto de sete peneiras padronizadas da série Tyler. Posteriorente, foi feita ua separação anual e fibras e pó do aterial retido nas peneiras de alha 4; 8; 14; 28; 35; 48 e fundo. A densidade aparente foi deterinada utilizando-se o étodo de pesagens sucessivas co u picnôetro de 25 L e tolueno coo solvente, co assa da aostra de aproxiadaente 1,0000 g. Esta deterinação foi feita e duplicata utilizando-se o bagaço obtido e cada peneira para que se verificasse a influência do taanho da partícula na densidade do bagaço. Palavras-chaves: bioassa; energia; propriedades físicas. INTRODUÇÃO O Brasil é o aior produtor de cana-de-açúcar do undo, seguido por Índia e Austrália (UNICA, 2007). A produção da cana-de-açúcar é ua das atividades econôicas ais iportantes no Brasil devido, principalente, a sua elevada eficiência e copetitividade. Neste setor encontra-se as usinas sucroalcooleiras que, atualente, utiliza o bagaço de cana coo cobustível nu sistea de cogeração (Ensinas et al., 2006). O bagaço é o resíduo fibroso da cana, obtido após a extração do açúcar. É constituído de água e fibras e pequenas quantidades de aterial e solução na água. A água presente no bagaço é proveniente da lavage deste aterial após a extração do caldo. O bagaço de cana é caracterizado por apresentar partículas classificadas coo fibras e pó, sendo que as fibras corresponde às partículas co forato próxio de u cilindro e de u prisa elíptico e o pó às partículas extreaente irregulares co forato seelhante a u disco ou a ua esfera (Hugot, 1964; Nebra & Macedo, 1988; Corrêa, 2003). O bagaço apresenta tabé, propriedades típicas coo entrelaçaento das fibras, presença de pó coesivo, e larga distribuição granuloétrica (Brossard et al., 2000). A coposição do bagaço e o taanho e forato de suas partículas é deterinado pelo étodo de extração do caldo de cana. Os étodos ais utilizados são: extração por oendas e extração por difusão. Na grande aioria das usinas e todo o undo, a extração do açúcar de cana é efetuada por eio de oendas (Góes, 2006). Nebra & Macedo (1988) fizera e seu trabalho a separação anual das partículas de fibras e pó, e deterinara a densidade aparente do bagaço de cana para as fibras de taanhos de 8, 14 e 28 esh, obtendo valores de desnsidade ascendentes e função da redução dos respectivos diâetros. O presente trabalho faz parte de u projeto de otiização de secadores de bagaço e objetivou caracterizar o bagaço de cana obtido por extração e oendas de ua usina 1 Universidade Federal de Lavras, Departaento de Ciência dos Alientos, joycegc@yahoo.co.br 2 Universidade Federal de Lavras, Departaento de Ciência dos Alientos, engenheiroa@yahoo.co.br 3 Universidade Federal de Lavras, Departaento de Ciência dos Alientos, jefferson@ufla.br 4 Universidade Federal de Lavras, Departaento de Ciência dos Alientos, vika_alientos@yahoo.co.br 451

2 sucroalcooleira (Louis Dreyfus Coodities). A caracterização foi feita co relação a taanho e forato de partículas e densidade de partículas por faixa de taanhos. MATERIAL E MÉTODOS O bagaço de cana analisado foi cedido pela Usina Luciânia (Louis Dreyfus Coodities), localizada e Lagoa da Prata, Minas Gerais. A caracterização foi feita através de análise granuloétrica deterinando-se o percentual de fração ássica utilizando u conjunto de sete peneiras padronizadas da série Tyler, a saber: 4; 8; 14; 28; 35 e 48 esh. Para esta análise, fora utilizadas aostras de 200,00 g. A agitação das peneiras foi feita durante 20 inutos, tepo este estabelecido após se verificar que períodos superiores não levava a ua alteração significativa sobre o percentual de assa retida e cada peneira. O cálculo do diâetro édio das aostras de bagaço estudadas foi feito utilizando-se a Equação 1, relativa ao cálculo de diâetro édio de Sauter. d = 1/( (x /d )) (1) p O diâetro édio de Sauter foi utilizado neste trabalho pela sua praticidade. A distribuição granuloétrica co o uso de peneiras é ais adequada para partículas que apresenta forato próxio à ua esfera. Ebora o bagaço de cana seja forado basicaente de partículas co forato próxio ao de u cilindro, esta análise é bastante cou no estudo co bagaço de cana por sua praticidade (Nebra & Macedo, 1988, Corrêa, 2003). As partículas cilíndricas do bagaço de cana apresenta diversos coprientos e diâetros. A Figura 1 ostra a separação e peneiras do bagaço de cana obtido através da análise granuloétrica. pe p, pe Figura 1- Separação de bagaço de cana obtido por análise granuloétrica Posteriorente à análise granuloétrica, foi feita ua separação anual do aterial e fibras e pó de cada ua das peneiras de alha 4; 8; 14; 28; 35; 48 e fundo. Para as partículas ais finas a separação foi feita co o auxílio de ua pinça. A densidade aparente foi deterinada para as fibras e pó do bagaço obtido e cada peneira da análise granuloétrica citada anteriorente. A deterinação foi feita e duplicata utilizando u picnôetro de 25 L e tolueno coo solvente, confore recoendado por Mohsenin (1970). O tolueno foi escolhido devido à sua baixa tendência a penetrar os poros no interior das partículas. A assa de aostra utilizada e cada deterinação foi de aproxiadaente 1,0000 g. A deterinação da densidade aparente requer encontrar o volue total da aostra antes que o tolueno penetre seus poros. O volue da aostra é encontrado subtraindo o volue do picnôetro vazio pelo volue de tolueno que ocupa o espaço vazio (não preenchido pela aostra). A deterinação do volue ocupado pelo tolueno requer edidas precisas da assa do picnôetro vazio, da assa da aostra, e da assa total do picnôetro contendo a aostra co tolueno. A assa do tolueno no picnôetro é igual à assa total (picnôetro + tolueno + bagaço) enos a assa do picnôetro vazio e do bagaço. Dividindo 452

3 a assa obtida pela densidade do tolueno, o volue do tolueno é dado de acordo co a Equação 2: tolueno total picnôetro bagaço v tolueno = = (2) ρ tolueno ρ tolueno A densidade aparente do bagaço é dada por segundo a Equação 3: (picnôetro+bagaço) (picnôetro) ρ = (3) v v (picnôetro) (tolueno) Para cada análise desenvolvida, foi deterinado o teor de água e base úida e seca do aterial pelo étodo de estufa a 105ºC durante 24 horas, segundo a AOAC (2007). A deterinação do teor de água e base seca e úida foi calculado de acordo co as Equações 4 e 5. X X bs ' a bu = = RESULTADOS E DISCUSSÃO - Análise Granuloétrica e Separação Manual de Fibra e Pó Os resultados édios obtidos nas análises granuloétricas são apresentados na Figura 2 e Tabela I. De acordo co a Figura 2, as faixas de taanho de bagaço co aior fração ássica fora obtidas na peneira co abertura 4,75, entre as peneiras de abertura 0,6 e 1,2 e entre as peneiras de abertura 1,2 e 2,36, a qual obteve aior concentração. Resultados seelhantes fora obtidos por outros autores (Nebra & Macedo, 1988; Barbosa, 1992; Corrêa, 2003). Naqueles trabalhos, os autores observara que o auento do teor de fibras ocorreu co o increento do diâetro édio. água total água bagaço sec o (4) (5) Figura 2: Distribuição granuloétrica obtida co teor de água de 6,87% (b.u.). As frações ássicas obtidas pela separação anual neste trabalho fora condizentes às dos trabalhos de Nebra & Macedo (1988), e Corrêa (2003), onde o aior conteúdo de fibras foi obtidos nas peneiras de aior abertura da série epregada. 453

4 Tabela I Análise granuloétrica do bagaço de cana. Abertura pe PR PA d* Total 196,75 100,00 0,00 A Tabela II ostra os resultados das frações ássicas obtidas após a separação anual das partículas de fibras e pó de bagaço. - Densidade Coo o bagaço de cana é utilizado co u grande conteúdo de água e e operações e que este conteúdo varia, foi aqui deterinada a densidade deste aterial co dois teores diferentes de água. A Figura 3 ostra os resultados obtidos das densidade das partículas de fibras e pó de bagaço de cana, para os teores de água de 6,87 % (b.u.), e equilíbrio co o abiente (uidade relativa de 60 % e teperatura igual a 26 ºC), e 14,78 % (b.u.), e base úida. Góes (2006), Nebra & Macedo (1988), e Ponce, et al. (1983), tabé deterinara a densidade aparente do bagaço de cana e diensões variadas. Entretanto, os resultados obtidos por aqueles autores diferira dos aqui obtidos. Coo a densidade aparente d p (Sauter) [] [g] [%] [] [] 4,75 38,72 19,76 4,75 2,36 21,31 10,87 3,56 1,2 83,76 42,75 1,78 0,6 52,04 26,56 0,90 0,42 0,48 0,25 0,51 1,6313 0,30 0,03 0,01 0,36 0,00 0,01 0,01 0,15 Tabela II Fração ássica para os dois tipos de partículas de bagaço. Abertura da peneira [] 4,75 2,36 1,20 0,60 0,42 0,30 0,00 Tipo de partícula Fração ássica [%] Fibra 19,76 Pó 0,00 Fibra 10,87 Pó 0,00 Fibra 25,75 Pó 17,00 Fibra 2,19 Pó 24,37 Fibra 0,05 Pó 0,20 Fibra 0,00 Pó 0,01 Fibra 0,00 Pó 0,01 454

5 é dependente do teor de água presente no aterial e são apresentadas certa diversidade de foras presentes nua esa aostra, estas diferenças se justifica. Densidade [kg/ 3 ] Fibra 4-Pó 8-Fibra 8-Pó 14-Fibra X bu = 14,78% X bu = 6,87% 14-Pó 28-Fibra 28-Pó 35-Fibra 35-Pó 48-Fibra Abertura das peneiras e esh e foratos de bagaço de cana Figura 3: Densidade aparente das partículas de pó e fibras de bagaço de cana. Entretanto, os resultados de densidade obtidos por aqueles autores fora tanto aior quanto o increento do teor de água, e ostrara-se coerentes co os resultados aqui obtidos. Naqueles trabalhos citados, os teores de água do bagaço utilizado era de, respectivaente, 10,6%; 8,4%, e 8,0 a 12,0%, todos e base úida. Corrêa (2003) tabé deterinou a densidade aparente do bagaço para diferentes teores de água, e obteve valores crescentes e função do conteúdo de água presente no eso, poré, os resultados daquele autor fora para ua aostra de bagaço de cana se prévia separação granuloétrica. Os dados de densidade obtidos no presente trabalho fora testados através da equação 6 proposta por Corrêa (2003), e os valores analisados corroborara co os daquele autor. 3 2 ρ = 0,0006X' 0,0134X' + + 0,1428X' + 685, 042 (6) Os valores obtidos para a densidade aparente neste trabalho perite inferir que trata-se de ua propriedade física que varia de fora inversaente proporcional ao diâetro das partículas de bagaço, e é função do teor de água do eso. Para os dados obtidos, verificou-se que as aostras co teor de água aior (14,78%, b.u.) obtivera valores édios de densidade superior às aostras co teor de água enor (6,87%, b.u.). Coo a densidade aparente é dada pela razão entre a assa e o volue do bagaço, e pelo fato da assa utilizada para deterinação da densidade não ter variado (aproxiadaente 1,0000g), a redução do taanho das partículas acarreta e ua aior área de contato e enor porosidade, o que leva a u aior valor de densidade. Isto corrobora os resultados de Costa, et al. (2007), e Corrêa (2003) que observara que, ao se auentar o teor de água presente no bagaço, ocorre foração de gruos co aderência das partículas enores às aiores. Isto leva a inferir que, co o auento do teor de água e consequente foração de gruos, enor será o volue de bagaço para ua dada assa, co auento subsequente da densidade aparente. 48-Pó Fundo-Fibra Fundo-Pó 455

6 CONCLUSÃO E análises granuloétricas, o aior percentual de passante acuulado foi obtido na peneira co abertura 4,75, entre as peneiras de abertura 0,6 e 1,2 e entre as peneiras de abertura 1,2 e 2,36, que corresponde, respectivaente, às aberturas de 4, 14 e 28 esh de acordo co a série Tyler. Observou-se grande dispersão do taanho de partículas de bagaço de cana, e ua tendência do auento do teor de fibras co o increento do diâetro édio das peneiras epregadas na análise granuloétrica. Nas faixas granuloétricas de diâetro édio aiores, verificou-se que o forato fibras predoinara sobre o forato pó. A densidade aparente ostrou-se dependente do taanho das partículas de bagaço e do seu teor de água. Pôde-se observar que a densidade é inversaente proporcional ao taanho das partículas de bagaço de cana, e diretaente proporcional ao teor de água do eso. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AOAC, Association of official analytical cheists. Official Methods of Analysis, 17 th Edition, 4 th Revision. Maryland, USA, BARBOSA, R. D.; Secage de Bagaço de Cana e Sistea Pneuático f. Dissertação (Mestrado e Engenharia de Alientos) - Faculdade de Engenharia de Alientos, Universidade Estadual de Capinas, São Paulo, BROSSARD, L. E.; CORTEZ, L. A.; BRAUNBECH, O. A.; LOMARDI E. A. Sistea de alientação de bioassa polidispersa. In: Encontro de Energia no Meio Rural, v.3. Faculdade de Engenharia Mecânica, Unicap. São Paulo. 6p CORRÊA, J. L. G.; Discussão de Parâetros de Projeto de Secadores Ciclônicos f. Tese de Doutorado (Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Capinas, Capinas, SP, Disponível e < Acesso e 31 ar COSTA, J.M.G.; CORRÊA, J.L.G.; HIROTA, M.L.; BATISTA, G.Z.; PEREIRA, D.N. Estudo da secage de bagaço de cana por fritura de iersão e da influência do teor de água sobre a granuloetria do bagaço. In: Congresso Brasileiro de Sisteas Particulados, Livro de Resuos do XXXIII, 2007, Aracajú: UFS, 2007, 8p. ENSINAS, A.V.; NEBRA, S.A.; LOZANO, M. A.; SERRA, L. Analysis of cogeneration systes in sugar cane - Factories alternatives of stea and cobined cycle power plants. Proceedings of ECOS 2006, Aghia Pelagia, Crete, Greece. p , HUGOT, E. Manual para ingenieros azucareros (La sucrerie des cannes), México: Copañia Editorial Continental S. A., p MOHSENIN, N. R. Physical properties of plant and anial aterials. Gordon York, New York 2ª. ed, p NEBRA, S. A.; MACEDO, I. C.; Bagasse particle shape and size and their free-setting velocity, Inter. Sugar J., v. 90, p , GÓMES, E. O. Caracterização do Bagaço de Cana. AGRENER GD In: 6º Congresso Internacional sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural, 2006, Unicap, Capinas, São Paulo. Anais do 6º Congresso Internacional sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural, PONCE, N.; FRIEDMAN, P.; LEAL, D.; Geoetric properties and density of vagasse particles. Inter. Sugar J. v. 85, n. 1018, p , UNICA União da Indústria de Cana-de-Açúcar. Disponível e: Acesso e 10 de jan. de