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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL
Qualidade do carvão vegetal produzido com material de diferentes posições axiais
de um clone de Eucalyptus urophylla.
Estudante: Marcela Cordeiro Barbosa, matrícula 09/0124111
RG: 15.510 – CBM – DF CPF: 036492321/03
Linha de pesquisa: Tecnologia e utilização de produtos florestais
Orientador: Prof. Dr. Ailton Teixeira do Vale
Trabalho apresentado ao
Departamento de Engenharia
Florestal da Universidade de
Brasília, como parte das exigências
para obtenção do título de
Engenheiro Florestal.
Brasília – DF, 11 de julho de 2014
2
3
Sumário
RESUMO ......................................................................................................................... 4
ABSTRACT ..................................................................................................................... 5
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 6
2 HIPÓTESE ............................................................................................................... 7
3 OBJETIVO ............................................................................................................... 7
3.1 Objetivo Específico ............................................................................................ 7
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 7
4.1 Eucalyptus urophylla ......................................................................................... 7
4.2 Carvão Vegetal .................................................................................................. 8
4.2.1 Posição Axial .............................................................................................. 9
4.2.2 Carbonização .............................................................................................. 9
4.2.3 Qualidade do Carvão ................................................................................ 10
4.2.4 Poder Calorífico Superior ......................................................................... 10
4.2.5 Análise Imediata ....................................................................................... 10
4.2.6 Teor de cinza ............................................................................................ 10
4.2.7 Teor de Materiais Voláteis ....................................................................... 11
4.2.8 Carbono Fixo ............................................................................................ 11
4.3 Indústria Siderúrgica ........................................................................................ 11
5 MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................... 12
5.1 Espécie Utilizada ............................................................................................. 12
5.2 Origem do Material Lenhoso ........................................................................... 12
5.3 Preparo das Amostras ...................................................................................... 12
5.4 Carbonização ................................................................................................... 13
5.5 Densidade Relativa Aparente ........................................................................... 14
5.6 Análise Imediata .............................................................................................. 15
5.6.1 Teor de cinza ............................................................................................ 15
5.6.2 Teor de materiais voláteis ......................................................................... 16
5.6.3 Teor de carbono fixo................................................................................. 17
5.7 Determinação do Poder Calorifico Superior .................................................... 17
5.8 Densidade energética. ...................................................................................... 18
5.9 Análise Estatística ............................................................................................ 19
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 19
7 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 23
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 24
4
RESUMO
A variabilidade na qualidade da madeira aliada ao processo de produção tem
influência na qualidade e rendimento do carvão vegetal. A variabilidade tem a ver com
a variação nas propriedades anatômicas, químicas e físicas da madeira. Diante dessa
problemática, este estudo teve por objetivo realizar a comparação da qualidade do
carvão vegetal de um clone de Eucalyptus urophylla com diferentes posições axiais do
tronco. Coletou-se 5 árvores de Eucalyptus urophylla com 16 anos na área da
Votorantim Siderurgia (VS), na fazenda Riacho, no município de Vazante – MG, para a
produção do carvão vegetal. A carbonização foi realizada a uma temperatura máxima de
400 °C por 5 horas em uma mufla elétrica. Com as amostras do material carbonizado da
base e do topo do tronco, conduziram-se as análises de densidade aparente, teor de
cinzas, de matéria volátil, de carbono fixo e de poder calorífico superior. Das análises
realizadas apenas o teor de cinzas e o poder calorífico superior não apresentaram
diferença significativa entre os tratamentos ao nível de significância de 5% de
probabilidade.
5
ABSTRACT
The variability in the quality of the wood combined with the production process
has an influence on quality and yield of charcoal. The variability is related to the change
in anatomical, physical and chemical properties of wood. Faced with this problem, this
study aimed to make a comparison of the quality of charcoal from a clone of Eucalyptus
urophylla with different axial positions of the stem. Was collected 5 trees of Eucalyptus
urophylla with 16 years old in the area of Votorantim Siderúrgica (VS), in Riacho farm
in the municipality of Vazante - MG, for the production of charcoal. The carbonization
was carried out at a temperature of 400 ° C for 5 hours in an electric furnace. The
samples of the carbonized material of the base and the top of the stem were conducted
to analyses of their bulk density, ash content, volatile matter, fixed carbon and higher
calorific value. The analyzes only the ash content and higher calorific value showed no
significant difference between treatments at a significance level of 5% probability.
6
1 INTRODUÇÃO
O Brasil possui uma área de 4.873.951 ha com plantação de Eucalyptus spp.
sendo o estado de Minas Gerais o maior estado produtor e consumidor, concentrando
28,76% da produção e em segundo está o estado de São Paulo com 21,17% (ABRAF,
2012). Com a política de incentivos fiscais ao reflorestamento, que vigorou de 1965 a
1988, ocorreu um crescimento significativo da área reflorestada no país e as espécies
que mais se destacaram foram do gênero Pinus e Eucalyptus, em função do rápido
crescimento, boa qualidade da madeira e boa adaptabilidade ao clima e ao solo das
regiões sul e sudeste. Inicialmente as produtividades dos reflorestamentos
apresentavam-se baixas devido a insuficiência de conhecimentos sobre a cultura,
inadequação no uso da terra, na escolha das espécies e nas técnicas de implantação,
entre outros (VALVERDE, 2000).
A variabilidade na qualidade da madeira aliada ao processo de produção tem
influência na qualidade e rendimento do carvão vegetal. A variabilidade tem a ver com
a variação nas propriedades anatômicas, químicas e físicas da madeira e, segundo
TRUGILHO (2005) influem significativamente na qualidade dos produtos obtidos da
madeira.
Visando maximizar o aproveitamento de energia e diminuir o desperdício, as
empresas estão investindo em tecnologia na produção de madeira, na avaliação de sua
qualidade, e na transformação em carvão vegetal (TRUGILHO, 2005). Neste sentido a
cultura do eucalipto a partir de plantios clonais tem sido intensificada e várias pesquisas
têm sido desenvolvidas para escolha dos melhores clones para a produção de carvão
vegetal. Desta forma a caracterização da madeira de clones com vistas à produção de
carvão vegetal é indispensável.
Quando comparada aos combustíveis fósseis, a utilização da madeira para fins
de produção de energia gera menores problemas de poluição, pois a madeira tem baixos
índices de enxofre (CUNHA et al., 1989). Levando em consideração as questões
ambientais a emissão de CO2 da queima da biomassa na atmosfera geralmente é suprida
pela absorção de outro plantio de biomassa (INGHAM, 1999).
Para a produção de energia a madeira depende de algumas características
internas para ter um melhor rendimento, como por exemplo, o teor de lignina e a
densidade básica (TRUGILHO, 1995). Segundo Panshin e Zeeuw (1970), a densidade
está diretamente ligada a espessura da parede celular. Porém aumentando a densidade
7
da madeira, não necessariamente se obtém uma madeira com melhor qualidade, sendo
necessário observar também características químicas para produção de carvão vegetal.
2 HIPÓTESE
O uso de madeira da base e do topo do tronco de um clone de Eucalyptus
urophylla tem influencia na qualidade do carvão vegetal.
3 OBJETIVO
Avaliar a qualidade do carvão vegetal do clone VS19 de Eucalyptus urophylla
de 16 anos, a partir de amostras coletadas na base e no topo do tronco.
3.1 Objetivo Específico
Realizar ensaios de análise imediata, poder calorifico e densidade relativa
aparente, do clone VS19 de Eucalyptus urophylla.
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Eucalyptus urophylla
O gênero Eucalyptus pertence à família Mirtaceae e conta com cerca de 600
espécies e grande número de variedades e híbridos (TRUGILHO et al., 1996).
Eucalyptus urophylla é originário da Indonésia, no Arquipélago Sonda. Sua área
de ocorrência varia de 7°30’ a 10°S de Latitude e 350 a 2.960m de altitude. A
Longitude varia de 122 a 127° E, significando uma faixa de ocorrência de
aproximadamente 500 km2. Nesta região, as precipitações anuais variam de 600 a 2.500
mm e o clima de subtropical seco a tropical úmido com aproximadamente 4 a 5 meses
secos por ano. A temperatura média máxima varia de 27 a 29°C aos 400 m de altitude e
17 a 21°C a 1.900 m de altitude (MARTIN E COSSALTER, 1975) apud
(SCANAVACA, 2003).
O Brasil em função do clima e dos tipos de solos é um dos países com maior
potencial para o reflorestamento no mundo, sendo que a produtividade dos eucaliptos é
8
uma das maiores do planeta. Dentre as espécies de eucaliptos cultivadas no Brasil, o
Eucalyptus urophylla S.T. Blake, além de ser uma das mais plantadas, é a espécie que
tem o maior potencial de crescimento em área em função de sua boa produtividade e de
ser a espécie com maior potencialidade para as fronteiras florestais (Regiões Norte e
Nordeste, onde o reflorestamento tende a crescer). O seu potencial de utilização para os
mais diversos fins (celulose e papel, chapas duras, serraria, carvão e outros fins) é outro
ponto favorável à sua ampla utilização (SCANAVACA, 2003)
O Eucalyptus urophylla, tem sua importância realçada, por apresentar maior
rusticidade, incrementos anuais satisfatórios e ainda uma boa resistência a patógenos
(FOELKEL,1978) apud (CRUZ, 2000).
4.2 Carvão Vegetal
Para Brito et al., (1983), o Eucalyptus é um gênero de grande importância para o
fornecimento de matéria-prima para diversas aplicações industriais. Isso está
relacionado com à grande variabilidade da qualidade da madeira das diversas
espécies/clones desse gênero. Pelo sucesso na adaptação das espécies com as condições
edafoclimáticas do Brasil o gênero passou a ser um importante fornecedor de matérias-
primas para a produção de lenha, carvão vegetal, celulose e papel.
A qualidade do carvão vegetal é determinada pelas propriedades físicas e
químicas, como densidade básica, umidade e composição química da madeira, que
podem estar associadas à posição no tronco. A partir deste conhecimento, uma mesma
árvore poderia ser estratificada em vários compartimentos indicados para diferentes
usos (celulose, carvão, tratamento preservativo, etc.). Silva et al., (2005) observaram
diferenças nas características químicas da madeira de eucalipto em posições diferentes
no tronco, onde na posição mais baixa do tronco apresentou maiores teores de extrativos
e lignina comparado às posições superiores ao topo do fuste.
A densidade da madeira que é a quantidade de massa, expressa em peso, contida
na unidade de volume é a característica que influencia diretamente o peso do carvão
produzido através de sua combustão controlada. É afetada principalmente pela
espécie/clone e idade da árvore. Quanto maior for a densidade da madeira, maior será a
densidade do carvão e consequentemente a produção da Unidade de Produção de
Carvão (UPC), uma vez que para um mesmo volume dos fornos haverá uma maior
9
produção em peso. Um carvão mais denso permite um maior peso de material enfornado
por volume de alto forno, permitindo assim maior tempo de contato gás-sólido e ainda
como consequência maior taxa de redução indireta e economia do próprio redutor na
produção de gusa (OLIVEIRA et al., 1986).
A densidade do carvão vegetal é aproximadamente a metade da do coque por
isso o volume ocupado no alto forno a carvão vegetal é alto. Utilizando-se carvão
vegetal mais denso BRAGA et al., (1989) encontraram uma redução de 12,5% do
consumo específico de carvão e consequente aumento de 13,3% na produção de gusa
em relação a carvão menos denso. O rendimento gravimétrico é o rendimento em carvão
ao final do processo de queima controlada da madeira considerando a mesma como
referência para o cálculo.
A densidade, porém não deve ser considerada como um índice isolado de
qualidade da madeira. A composição química e as características anatômicas são fatores
que devem ser também considerados (BRASIL et. al., 1977).
4.2.1 Posição Axial
As variações da densidade ao longo do tronco são menos consistentes do que
aquelas na direção radial. A variação longitudinal da densidade básica da madeira de
eucalipto possui vários tipos de tendência. Em algumas espécies, a densidade tende a ser
decrescente da base para o topo, em outras tende a ser crescente a partir do nível do
DAP, podendo ainda, em outras espécies, apresentar valores alternados com a tendência
decrescente e crescente (BARRICHELO et al., 1983)
4.2.2 Carbonização
O processo de carbonização pode ser definido como a decomposição térmica da
madeira na ausência ou na presença controlada de ar ou oxigênio, resultando em duas
fases: uma sólida, que é o carvão vegetal e uma gasosa, composta por gases
condensáveis e gases não condensáveis (Arantes, 2009).
10
4.2.3 Qualidade do Carvão
A qualidade da madeira é um fator de extrema importância quando o objetivo é a
produção de carvão vegetal com alto rendimento, baixo custo e elevada qualidade.
Características como a densidade básica, poder calorífico, constituição química e
umidade estão entre os principais critérios de seleção da madeira para esta atividade
(Oliveira, 2010).
4.2.4 Poder Calorífico Superior
O poder calorífico é definido como a quantidade de energia na forma de calor
liberada pela combustão completa de uma unidade de massa da madeira (JARA, 1989
apud QUIRINO et al., 2005).
Para a determinação do poder calorifico são utilizados valores para superior e
inferior. Para o poder calorífico superior a combustão é efetuada a um volume constante
e a água formada durante a combustão é condensada e o calor que é derivado desta
condensação é recuperado (BRIANE & DOAT, 1985 apud QUIRINO et al., 2005 ). O
Poder calorífico inferior (PCI) é dado pela energia que está efetivamente disponível por
unidade de massa de combustível após deduzir as perdas com a evaporação de água
(JARA, 1989).
4.2.5 Análise Imediata
A análise imediata do carvão vegetal é utilizada para dar informações quanto à
qualidade dessa biomassa para fins empregados a energia, a análise consiste em
determinar os teores de cinzas, de materiais voláteis e de carbono fixo.
4.2.6 Teor de cinza
O teor de cinzas pode ser definido como a quantidade de cinzas presente no
carvão, expresso em porcentagem. A cinza é um resíduo mineral remanescente da
queima completa da madeira, proveniente dos componentes minerais do lenho e da
casca (VITAL et al., 1986).
11
Altos teores de cinzas como sais que estão presentes na sua composição, podem
prejudicar a produção de ferro-gusa, ferro-ligas e metais não ferrosos (BARCELLOS,
2007).
4.2.7 Teor de Materiais Voláteis
Os materiais voláteis podem ser conceituados como as substâncias que são
desprendidas da madeira como gases durante o processo de carbonização.
Os fatores que influenciam os materiais voláteis no carvão são a temperatura de
carbonização, taxa de aquecimento e composição química da madeira. Sendo a
temperatura o principal parâmetro que regula os teores de materiais voláteis e carbono
fixo do carvão (CARMO, 1988).
4.2.8 Carbono Fixo
O carbono fixo pode ser definido como a quantidade de carbono presente no
carvão, expresso em porcentagem.
O rendimento em carbono fixo apresenta relação diretamente proporcional aos
teores de lignina, extrativos e massa específica da madeira, e inversamente proporcional
ao teor de holocelulose. Apresenta correlação direta com o teor de carbono fixo já
presente na madeira e com o rendimento gravimétrico (OLIVEIRA, 1977).
4.3 Indústria Siderúrgica
O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal, com uma cota que varia
de 20% a 25% do total produzido globalmente. A produção mundial de carvão vegetal
gira em torno de 40 – 45 milhões de toneladas e a brasileira corresponde a 10 milhões
de toneladas por ano (ANUÁRIO, 2012).
A área plantada pelo setor siderúrgico é da ordem de 1,2 milhão de hectares.
Nos últimos anos, o setor assiste a uma redução significativa na sua área plantada,
gerando preocupações quanto ao futuro abastecimento das unidades industriais.
Somente em Minas Gerais, a área anual de plantio atinge 30 mil hectares, quando se
deveria plantar 150 mil hectares (CARVÃO VEGETAL, 2001).
Um problema relacionado ao uso do carvão vegetal nas siderúrgicas é a
ocorrência de grande variação na qualidade do carvão, uma vez que o rendimento e a
12
qualidade deste produto estão ligados à qualidade da madeira de origem, do
equipamento e das condições operacionais da carbonização. Essa variabilidade leva a
grande desperdício do material, pois dificulta a operação dos altos fornos siderúrgicos
(TRUGILHO et al., 2001).
5 MATERIAL E MÉTODOS
5.1 Espécie Utilizada
Para o estudo foram utilizados cinco indivíduos de Eucalyptus urophylla com 16
anos. Depois de abatidas as toras foram divididas em secções de base e topo.
5.2 Origem do Material Lenhoso
As amostras fornecidas para este experimento foram coletadas na área da
Votorantim Siderurgia (VS), na fazenda Riacho, no município de Vazante, Estado de
Minas Gerais (17° 36’ 09”S e 46° 42’ 02” O, com altitude de 550 m). Segundo a
classificação climática de Köppen, a região é do tipo Aw, o que significa um clima
tropical úmido de savana, com inverno seco e verão chuvoso (ANTUNES, 1986). A
temperatura média anual é de 24 ºC e precipitação média anual de 1.250 mm.
5.3 Preparo das Amostras
Foram abatidas cinco árvores e retiradas amostras na forma de toras de 2,0 m de
duas posições axiais, base e topo. As toras formam transportadas para o Laboratório de
Tecnologia e Engenharia de Produtos Florestais – FAL/UnB. Das toras obtidas foram
retiradas amostras para a carbonização na forma de cavacos com umidade em torno de
12% em base seca. Os ensaios de análise imediata foram feitos no Laboratório de
Produtos Florestais – LPF do Serviço Florestal Brasileiro – SFB.
O carvão vegetal utilizado na análise imediata e no poder calorífico foi moído no
Laboratório de Tecnologia e Engenharia de Produtos Florestais – FAL/UnB utilizando
um moinho de facas da marca Marconi, modelo MA 680. Para que o carvão moído
atingisse a granulometria exigida para o ensaio de teor de cinzas e materiais voláteis, foi
13
utilizada o fundo da peneira de 60 ABNT no agitador de peneiras para análise
granulométrica da marca Bertel regulado para o tempo de agitação de 3 minutos em
potência vibracional máxima. Já para os ensaios de poder calorífico e densidade
verdadeira, as peneiras utilizadas foram 200 e 270 ABNT, sendo que maior de 200
ABNT usado para o poder calorífico e entre 200 e 270 ABNT para densidade
verdadeira.
5.4 Carbonização
A carbonização foi realizada em uma mufla automatizada, da marca Linn
Electro Therm, programada para carbonizar durante aproximadamente 5 horas a 400 ºC.
Figura 1: A – células de carbonização B – mufla Linn Electro Therm
A mufla comporta um recipiente metálico, com formato cilíndrico, com abertura
na tampa para saída de gases, onde foram acomodadas quinze células de carbonização,
também de formato cilíndrico envolto por uma malha metálica, que serviram como
recipientes para abrigar as amostras de madeira em forma de cavacos provenientes das
10 toras (5 árvores e 2 posições axiais). Antes da carbonização as 10 amostras foram
pesadas, e após a carbonização o carvão vegetal obtido foi pesado para determinação do
rendimento gravimétrico conforme equação 01:
14
RG (%) = (
) x 100 Equação 01
Onde:
ma – massa seca de carvão
mb – massa seca de madeira.
5.5 Densidade Relativa Aparente
Seguindo os métodos que a norma NBR 9.165/1985 prescreve foi utilizado o
seguinte roteiro para a determinação da densidade relativa aparente do carvão vegetal.
Figura 2: A – dessecadores B – recipiente com água C – cesto com carvão
Primeiramente o carvão que estava em formato de cavaco foi cortado em
tamanhos menores entre 19 mm a 25 mm. O carvão picado foi colocado em uma estufa
por 103±2 °C, até massa constante de 0% de umidade. Após esse período uma amostra
de 500g de carvão foi retirada da estufa, colocada em um saco de papel e ficou
esfriando no dessecador.
Um recipiente cilíndrico específico, determinado pela norma foi preenchido com
água e dentro do recipiente foi mergulhado um cesto cilíndrico feito com arame. O
recipiente possui um orifício para saída de água, após o nível de água atingir o nível do
orifício, este foi vedado com uma rolha.
O cesto foi retirado, tomando cuidado para que não houvesse perda de água, e no
seu interior foram colocados os 500g de carvão. Posteriormente o cesto com a amostra
foi mergulhado cuidadosamente no recipiente e por 15 minutos a amostra ficou imersa
em água.
15
Na sequência o orifício do cilindro foi aberto e a água eliminada pelo recipiente
recolhida até parar de gotejar, a água recolhida foi pesada e o carvão úmido também.
Para cada amostra foi realizadas duas repetições, totalizando 20 ensaios. Com as massas
obtidas foi possível determinar a densidade relativa aparente conforme a equação 02.
DA=
Equação 02
Onde:
DA – densidade relativa aparente
m1 – massa do carvão seco
m2 – massa de água deslocada
m3 – massa do carvão úmido
5.6 Análise Imediata
Foi utilizada a norma NBR 8.112/1986 que prescreve o método para análise
imediata de carvão vegetal.
5.6.1 Teor de cinza
Foi utilizado o seguinte roteiro para a determinação do teor de cinza do carvão
vegetal.
Para esse ensaio foi utilizado o carvão moído e peneirado usando o fundo de
uma peneira de 60 ABNT, a amostra obtida foi previamente seca em estufa. Utilizando
uma balança analítica foi pesado 1,0g de carvão vegetal e colocado em um cadinho
calcinado e previamente tarado. O cadinho com a amostra de carvão foi colocado em
uma mufla previamente aquecida à 700 °C. O cadinho ficou na mufla por
aproximadamente 4 horas. Depois o cadinho foi retirado da mufla, colocada em um
dessecador, e depois pesado, para determinar a massa final. Para cada amostra foram
feitas três repetições, totalizando 30 cadinhos. O teor de cinza do carvão vegetal foi
calculado de acordo com a equação 03:
16
CZ = (
) Equação 03
Onde:
CZ – teor de cinza, em %
m0 – massa do cadinho, em g
m1 – massa do cadinho + resíduo, em g
m – massa da amostra, em g
5.6.2 Teor de materiais voláteis
Foi utilizado o seguinte roteiro para a determinação do teor de materiais voláteis
do carvão vegetal.
Figura 3: mufla e cadinhos
Primeiramente foi utilizado um cadinho devidamente calcinado, previamente
tarado, logo após foi pesado 1g da amostra de carvão vegetal, em triplicata. Para essa
análise os cadinhos foram utilizados tampados. O cadinho foi colocado com a amostra
sobre a porta da mufla previamente aquecida à 900 °C permanecendo nessa posição
durante 3 minutos. Depois de 3 minutos, o cadinho foi colocado no interior da mufla e
permaneceu por 7 minutos com a porta fechada. Após esse período, o cadinho foi
retirado da mufla e colocado no dessecador até esfriar, e logo após pesado para
determinar a massa final.
17
O teor de matérias voláteis do carvão vegetal foi calculado de acordo com a
equação 04:
MV = (
) Equação 04
Onde:
MV – teor de matérias voláteis, em %
m2 – massa inicial do cadinho + amostra, em g
m3 – massa final do cadinho + amostra, em g
m – massa da amostra, em g
5.6.3 Teor de carbono fixo
Com os valores encontrados no teor de cinza e no teor de matérias voláteis foi
possível calcular o teor de carbono fixo, de acordo com a equação 05:
CF= 100 – (CZ+MV) Equação 05
Onde:
CF – teor de carbono fixo, em %
CZ – teor de cinza, em %
MV – teor de matérias voláteis, em %
5.7 Determinação do Poder Calorifico Superior
Foi utilizada a norma NBR 8.633/1984 que prescreve o método para análise do
poder calorífico superior.
18
Figura 4: A – bomba calorimétrica B – balança de precisão
O carvão vegetal, classificado em peneiras 200 ABNT, foi colocado em placas
de petri e seco em estufa. Finalizada essa etapa, o material foi colocado em um
dessecador para resfriar, posteriormente, foi pesado duas amostras de,
aproximadamente, 0,5000g por repetição em cada tratamento. Cada amostra foi
conduzida à bomba calorimétrica para obtenção do poder calorífico superior.
Para serem considerados, os resultados obtidos em duplicata na determinação do
poder calorífico superior não diferiram um do outro mais que 29 kcal/kg, se a diferença
for superior é necessário obter a análise de mais uma amostra até que seja encontrado
um par válido com diferença inferior a 29 kcal/kg.
5.8 Densidade energética.
A densidade energética foi calculada considerando a densidade aparente do
carvão vegetal a 0% de umidade e o poder calorífico superior, conforme a equação 06.
Equação 06
Onde:
DE – densidade energética (kcal/m3 de carvão sólido)
DA – densidade aparente do carvão vegetal a 0% de umidade (kg/m3)
PCS – poder calorífico superior (kcal/kg)
19
5.9 Análise Estatística
Com a utilização do Software Microsoft Excel 2010, obteve-se o coeficiente de
variação dos resultados da análise imediata, poder calorífico superior e densidade
relativa aparente de cada tratamento para atestar a regularidade da condução do
experimento. O software também foi utilizado para realizar a análise de variância das
análises já citadas de cada tratamento com o objetivo de atestar se os tratamentos
apresentavam diferenças significativas entre si. Para o teste de correlação entre as
variáveis foi utilizado o Software Assistat Beta 7.7.
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 são encontrados os valores do rendimento gravimétrico, densidade
relativa aparente, poder calorífico superior e densidade energética. Os coeficientes de
variação para as três análises foram menores que 10% constatando a eficiência do
experimento.
Tabela 1: rendimento gravimétrico, densidade relativa aparente, poder calorífico superior e
densidade energética.
Posição Axial R.G.
(%)
D.A.
(g/cm³)
P.C.S
(kcal/kg)
D.E.
(Gcal/m³)
Base Média 28,87 a 0,43 a 7231 a 3,124 a
C.V.% 1,89 3,75 1,65 4,46
Topo Média 27,58 b 0,39 b 7303 a 2,89 b
C.V.% 1,86 2,40 0,67 1,90
Obs.: as médias seguidas da mesma letra são iguais estatisticamente, a 5% de probabilidade, pelo
teste de F.
O rendimento gravimétrico refere-se à massa de carvão final em relação à massa
de madeira em condição seca a 0% de umidade, sendo, portanto o rendimento da
carbonização dado em percentual. Nesse estudo o rendimento gravimétrico entre a base
e o topo diferiram entre si ao nível de 5% de probabilidade. O percentual de rendimento
do carvão obtido com madeira da base foi 1,28% maior que o obtido com madeira do
topo.
20
Os valores de rendimento encontrados 28,87% para base e 27,58% para o topo
foram próximos ao valor encontrado por Santiago et al. (2005), no seu trabalho ele
encontrou um rendimento de 26,91% para Eucalyptus urophylla carbonizado a 400°C.
Já Trugilho (2005) obteve valores mais altos, ele observou em seu estudo para clones de
Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis um rendimento de 36,49% utilizando um
programa de carbonização de 4 horas a 450°C.
Os rendimentos gravimétricos, a partir da carbonização da madeira, são
sensivelmente influenciados pelos parâmetros do processo, além de o ser também, pela
qualidade da madeira. Dessa forma, provavelmente, diferenças no tempo e taxa de aque-
cimento explicam as diferenças no rendimento gravimétrico entre os trabalhos citados.
As densidades aparentes obtidas nesse estudo para base e topo foram
respectivamente, 0,43g/cm³ e 0,39 g/cm³, ou 430kg/m³ e 390kg/m³. Houve uma
diferença significativa ao nível de 5 % de probabilidade entre os valores médios de
densidade aparente do carvão vegetal obtido de madeira da base e do topo, com
vantagens para o carvão da base. A densidade do carvão acompanha a densidade da
madeira, que, segundo Barrichelo et al., (1983), em geral decresce da base em direção
ao topo. Dos Reis et al., (2012) em seu trabalho observaram uma densidade aparente de
0,34g/cm³ para um clone de Eucalyptus urophylla utilizando uma carbonização de 5
horas à 450°C. Um possível motivo para a densidade mais baixa é que a temperatura de
carbonização que foi utilizada é maior que a utilizada nesse trabalho.
Os valores obtidos para PCS para base e topo não apresentaram diferença
significativa à 5% de probabilidade. Dos Reis et al., (2012) encontrou 7160 kcal/kg para
a mesma espécie. Buttini (2013) em seu trabalho analisou a influência da posição
longitudinal na qualidade do carvão de Eucalyptus benthamii, carbonizada à
temperatura máxima de 500°C e os valores para base e topo foram respectivamente
7091 kcal/kg e 7200 kcal/kg.
A densidade energética do carvão produzido a partir de madeira da base do clone
em estudo foi 7,38% maior que aquele obtido de madeira do topo, correspondendo a
uma diferença de 230.767kcal. Estatisticamente a média da densidade energética do
carvão obtido de material da base difere ao nível de 5% de probabilidade daquele obtido
de material do topo.
Na tabela 2 são apresentados os valores obtidos para, teor de materiais voláteis,
teor de cinzas, teor de carbono fixo. Os coeficientes de variação observados foram em
21
geral baixos, menos para teor de cinzas que mostrou coeficientes de variação que
chegaram a 50%.
Tabela 2: teor de materiais voláteis, teor de cinzas e teor de carbono fixo.
Posição Axial M.V.
(%)
C.Z.
(%)
C.F.
(%)
Base Média 30.3807 a 1.0453 a 68.5740 b
C.V.% 3.54 19.41 1.59
Topo Média 29.0510 b 0.9300 a 70.0190 a
C.V.% 1.94 50.21 0.76
Obs.: as médias seguidas da mesma letra são iguais estatisticamente, a 5% de probabilidade, pelo
teste de F.
O percentual de teor de material volátil encontrado para base e topo foram
respectivamente 30,38% e 29,05%, esses valores apresentaram diferença significativa
entre si ao nível de 5% de probabilidade. Quinhones (2011) em seu estudo sobre a
influência da temperatura de carbonização na qualidade do carvão encontrou para um
clone de Eucalyptus urophylla, valores médios de materiais voláteis iguais a 34,0% para
uma temperatura de 350°C e 19,5% a 450°C. A temperatura utilizada nesse estudo foi
de 400 °C ficando entre as duas utilizadas pelo autor. Trugilho et. al., (2005) encontrou
um valor médio de 30,04% para material volátil utilizando híbridos de Eucalyptus
urophylla com Eucalyptus grandis em uma carbonização de 450°C por 4 horas.
Para o teor de cinzas foram encontrados os valores para base e topo
respectivamente 1,04% e 0,93%, que não diferiram significativamente entre si. Britto
(1997) encontrou para Eucalyptus urophylla 0,7% de teor de cinzas e 1,0% para
Eucalyptus citriodora. Na literatura são relatados valores de teor de cinzas inferiores a
1% (TRUGILHO et. al., 2005; DOS REIS et al., 2012; VITAL et al., 1994).
Materiais combustíveis que tenham altos teores de carbono fixo e teores de
materiais voláteis mais baixos tendem a se queimar mais lentamente, necessitam de um
longo período de permanência na fornalha para a queima total, quando comparados com
combustíveis com baixo índice de carbono fixo (BRAND, 2010).
Os valores encontrados para carbono fixo foram 68,57% para base e 70,02%
para topo, os valores da base e do topo não mostraram diferença significativa entre si ao
nível de 5% de probabilidade. Os valores encontrados na literatura para carbono fixo
22
foram entre 69,71% e 80,05% (TRUGILHO et al., 2005; VITAL et al., 1986; 1994;
SANTIAGO & ANDRADE, 2005; QUINHONES, 2011).
Para Santos (2008), a faixa pretendida de carbono fixo no carvão vegetal para
finalidade de uso siderúrgico está compreendida entre 75% e 80%, porém, maiores
teores de carbono fixo contribuem para o aumento na produtividade nos altos-fornos.
Rocha e Klitzke (1998) sugerem que o efeito da quantidade de carbono fixo num
determinado carvão vegetal influencia na utilização do forno por volume e que quanto
maior for a quantidade de carbono fixo, menor será o volume ocupado no forno pelo
carvão.
A correlação de Pearson entre as variáveis estudadas é mostrada na Tabela 3.
Observa-se pela Tabela 3 que há ocorrência de correlações positivas e significativas
entre o rendimento gravimétrico e o teor de materiais voláteis entre o rendimento
gravimétrico e a densidade aparente; entre densidade energética e densidade aparente.
Correlações negativas e significativas são observadas na Tabela 3, entre teor de carbono
fixo e teor de materiais voláteis e entre teor de carbono fixo e densidade aparente; entre
rendimento gravimétrico e teor de carbono fixo; e entre densidade energética e teor de
carbono fixo.
Tabela 3 : Correlação Pearson para as variáveis analisadas: Teor de materiais voláteis (TMV), teor
de cinzas (TCZ), poder calorífico superior (PCS), densidade aparente do carvão vegetal (DA), teor
de carbono fixo (TCF), rendimento gravimétrico (RG) e densidade energética (DE).
TMV TCZ PCS DA TCF RG DE
TMV 1 -0,0464 -0,4779 0,6136 -0,9506 ** 0,6381 * 0,5206
TCZ 1 -0,131 0,4626 -0,2659 0,1698 0,4561
PCS 1 -0,3041 0,5019 -0,5841 -0,0683
DA 1 -0,7358 * 0,6379 * 0,9711 **
TCF 1 -0,6686 * -0,6441 *
RG 1 0,5239
DE 1 Obs: * e ** = significativo a 1 e 5% de probabilidade, respectivamente.
23
7 CONCLUSÃO
Com base nos resultados do presente trabalho pode-se concluir que o clone de
Eucalyptus urophylla estudado mostrou diferença entre base e topo quanto a densidade
energética, densidade aparente, rendimento gravimétrico, teor de materiais voláteis, teor
de carbono fixo. Porém não houve diferença para poder calorífico superior e teor de
cinzas.
24
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