UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

CAMPUS ANGICOS

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS TECNOLÓGICAS E

HUMANAS – DCETH

CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

THALIS PAULINO GINÂNI

ESTUDO PRELIMINAR DA PRODUÇÃO DE BRIQUETES COMPOSTOS A PARTIR DE

RESÍDUOS VEGETAIS

ANGICOS-RN

2013

THALIS PAULINO GINÂNI

ESTUDO PRELIMINAR DA PRODUÇÃO DE BRIQUETES COMPOSTOS A PARTIR DE

RESÍDUOS VEGETAIS

Monografia apresentada a Universidade

Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA,

Campus Angicos para a obtenção do título de

Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Profº Dr. Joselito Medeiros de

Freitas Cavalcante - UFERSA

ANGICOS-RN

2013

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela força que eu recebo a cada dia, que tenho certeza que vem dele;

Aos meus pais, Marly Paulino de Medeiros Ginâni e João Tadeu Ginâni por terem acreditado,

incentivado, aconselhado e pelos investimentos durante a graduação.

Aos meus familiares, que sempre me apoiaram e estiveram na torcida por minha vitória;

Ao professor orientador, Dr. Joselito Medeiros de Freitas Cavalcante, pois sua ajuda e

compreensão foram de grande valia para conclusão deste trabalho;

Aos professores da banca, Dr. Gleidson Vieira Marques e Drª. Alessandra Carla Oliveira

Chagas Spinelli, pela atenção e consideração.

A todos os amigos que, de forma direta ou indireta, influenciaram na minha vida acadêmica.

RESUMO

Na atualidade, existe uma preocupação significativa no que diz respeito as questões

ambientais. Entretanto, há ainda produção de alguns tipos de biomassa que geram resíduos,

que na grande maioria, não são aproveitados. Esses resíduos, por sua vez, serão o foco do

presente trabalho. Foram submetidos a um processo de densificação. Dessa forma, sendo uma

alternativa ambientalmente correta para uso na indústria ceramista. O processo consiste em

várias etapas: recepção dos resíduos, moagem, secagem, mistura dos resíduos e, por fim, a

confecção dos briquetes. Para a produção destes últimos foram utilizados 4 (quatro) tipos de

biomassa diferente: Algaroba (Prosopis juliflora), Cajueiro (Anacardium ocidentale), Jurema

Preta (Mimosa tenuiflora) e papelão. Foram formulados 4 (quatro) tipos de briquetes, sendo

que cada um apresenta uma composição diferente. E também, foram analisadas algumas

propriedades tais como umidade, densidade e poder calorífico, sendo que este último de forma

indireta. Os briquetes formulados a partir de: 28% de papelão, 36% de jurema preta e 36%

algaroba e os outros com 28% de papelão, 36% algaroba e 36% cajueiro foram os que se

destacaram pelo fato de conseguirem a ebulição da água mais rápida em relação aos demais e

também apresentaram maior perda de umidade.

Palavras-chaves: Energias renováveis. Semi-Árido. Caatinga.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Retirada de Lenha, seguida de queimadas na Região Seridó .................................. 14

Figura 2 - Exemplo de Briquetes .............................................................................................. 15

Figura 3 – Ilustração de uma planta de cajueiro ....................................................................... 16

Figura 4 – Ilustração de uma planta de algaroba ...................................................................... 18

Figura 5 – Ilustração de uma planta de jurema preta ................................................................ 19

Figura 6 – Processo de obtenção da matéria-prima .................................................................. 24

Figura 7 - Moagem dos galhos ................................................................................................. 25

Figura 8 - Balança de Precisão ................................................................................................. 25

Figura 9 - Estufa de Esterilização ............................................................................................. 25

Figura 10 - Secagem dos resíduos de algaroba, cajueiro e jurema preta .................................. 26

Figura 11 - Resíduos umidificados e homogeneizados ............................................................ 27

Figura 12- Molde para obtenção de briquetes .......................................................................... 27

Figura 13 - Prensa mecânica ..................................................................................................... 27

Figura 14 - Produto final .......................................................................................................... 28

Figura 15 - Secagem em estufa ................................................................................................ 28

Figura 16 - Cuscuzeira adaptada .............................................................................................. 28

Figura 17 - Tela de amianto ...................................................................................................... 28

Figura 18 – Queima dos briquetes ............................................................................................ 30

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Composição dos Briquetes ...................................................................................... 26

Tabela 2 - Umidade ................................................................................................................... 31

Tabela 3- Teor de umidade dos briquetes ................................................................................. 32

Tabela 4 - Densidade dos briquetes .......................................................................................... 32

Tabela 5 – Poder calorífico inferior .......................................................................................... 34

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Comportamento da secagem de resíduos de cajueiro, algaroba e jurema preta ..... 30

Gráfico 2 - Comportamento da secagem dos briquetes em estufa à 105°C ............................. 32

Gráfico 3 - Comportamento da temperatura em função do tempo.....................................33

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 11

2 REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................................... 13

2.1 USO DA LENHA NA INDÚSTRIA CERAMISTA DO RIO GRANDE DO NORTE ...... 13

2.2 EMPREGO DE RESÍDUOS VEGETAIS .......................................................................... 14

2.3 ESPÉCIES VEGETAIS ...................................................................................................... 15

2.3.1 Cajueiro .......................................................................................................................... 15

2.3.2 Algaroba ......................................................................................................................... 17

2.3.3 Jurema Preta .................................................................................................................. 18

2.4 BRIQUETAGEM (DEFINIÇÃO E HISTÓRICO) ............................................................ 19

2.5 FATORES QUE AFETAM A PRODUÇÃO DOS BRIQUETES ....................................... 20

2.5.1 Temperatura ................................................................................................................... 20

2.5.2 Teor de Umidade ............................................................................................................ 20

2.5.3 Tamanho das Partículas ................................................................................................ 21

2.5.4 Densidade ....................................................................................................................... 21

2.6 PREPARAÇÃO DOS RESÍDUOS ................................................................................... 22

2.7 SECAGEM ......................................................................................................................... 22

2.8 BRIQUETES COMPOSTOS ............................................................................................. 23

2.9 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO FABRICO DE BRIQUETES ........................... 23

2.10 PODER CALORÍFICO .................................................................................................... 23

3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 24

3.1 MATÉRIAS-PRIMA TESTADAS ..................................................................................... 24

3.2 METODOLOGIA ............................................................................................................... 24

3.2.1 Coleta das matérias-prima ............................................................................................ 24

3.2.2 Processo de moagem ...................................................................................................... 24

3.2.3 Determinação do teor de umidade e secagem ............................................................. 25

3.2.4 Preparação dos briquetes compostos ........................................................................... 26

3.2.5 Caracterização dos briquetes ....................................................................................... 28

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 31

4.1 SECAGEM DOS RESÍDUOS ........................................................................................... 31

4.2 SECAGEM DOS BRIQUETES ......................................................................................... 32

4.3 DENSIDADE ..................................................................................................................... 33

4.4 PODER CALORÍFICO ...................................................................................................... 33

5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 35

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 36

11

1 INTRODUÇÃO

De acordo com Cintra (2009), nas últimas décadas o consumo mundial de

energia tem-se voltado para fontes não renováveis, fato esse que vem provocando uma

série de questionamentos no que tange a duração de tempo do abastecimento energético

e ao equilíbrio econômico e ambiental. Diante dessa situação, vários países vêm

buscando amenizar esses problemas, principalmente, na intensificação do uso de fontes

renováveis, inclusive a madeira. Ainda, segundo o autor, o Brasil é um país que se

destaca pela sua variabilidade energética no que diz respeito ao potencial de produzir

energia renovável. Dentro dessas fontes, a biomassa ocupa um lugar de destaque pelo

fato de apresentar condições favoráveis de produção.

Segundo os dados do Balanço Energético Nacional de 2012 referentes a 2011,

aproximadamente 44,1% da energia interna produzida no Brasil é proveniente de fontes

renováveis das quais 29,5% são originadas a partir de biomassa. Os 55,9% restantes são

provenientes de fontes não renováveis (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA,

2012).

De acordo com Paula et al. (2011), a produção e o emprego de alguns tipos de

biomassa (lenha, carvão vegetal e derivados de cana de açúcar) em diversos setores da

economia são responsáveis por produzir um bom quantitativo de resíduos, que na

grande maioria das vezes não são aproveitados, provocando perda de matéria-prima e,

principalmente, de energia.

Visando dar uma destinação mais eficiente a esta biomassa subutilizada, submete-

a há um processo de densificação denominado briquetagem. Através desse, os resíduos

são transformados em briquetes, tornando-os com maior densidade energética,

minimizando os impactos e agregando valor econômico.

De acordo com Carvalho, Leite, Rego (2001, apud Silva, 2007), a atividade

ceramista é uma atividade com significativos impactos ambientais uma vez que a

mesma tem como conseqüência direta o desmatamento, em função do uso da madeira

como fonte energética no seu processo produtivo, bem como na intensificação da

desertificação. Essa atividade devasta aproximadamente 0,64% da área nativa do Rio

Grande do Norte ao ano. Visando amenizar este problema, surge como possível

alternativa a utilização dos briquetes produzidos a partir de resíduos da biomassa.

Melo (1999) define a briquetagem como sendo um processo de compressão da

12

massa de resíduos de biomassa com o aumento da pressão e temperatura, com ou sem

aglutinantes deixando-as mais densas. Os fatores que podem influenciar na qualidade

dos briquetes são: poder calorífico, tamanho das partículas, o modo como se produz,

dentre outros. Para a confecção destes existem várias opções de biomassa que pode ser

aplicada no processo citado anteriormente, entretanto, os resíduos de madeira são

predominantes nos processo de queima, pelo fato da baixa densidade e pela sua

disponibilidade.

O presente trabalho foi realizado com o intuito de avaliar a produção de briquetes

a partir das da mistura de duas matérias-primas principais: papelão e galhos de árvores

(cajueiro e/ou jurema e/ou algaroba) e as variáveis utilizadas para avaliação foram poder

calorífico, umidade e densidade.

13

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 USO DA LENHA NA INDÚSTRIA CERAMISTA DO RIO GRANDE DO NORTE

Segundo o SEBRAE (2013), o consumo de lenha da indústria de cerâmica vermelha

tem a seguinte distribuição:

96,2% de lenha;

1% de pó de serra;

0,5% de briquete e lenha;

2,2% de bucha de coco e lenha;

De acordo com o SEBRAE (2013), no estado do Rio Grande do Norte, a região que

consome mais lenha é a região Seridó (Caicó, Jardim de Piranhas, Currais Novos,

Parelhas, Carnaúbas dos Dantas, Cruzeta, Acari, Jucurutu, Equador, Santana do Seridó,

Jardim do Seridó, Ipueira, Ouro Branco, São Vicente, Cerro corá e São José do Seridó),

com um consumo médio de 46.314 m³ de lenha. Logo em seguida vem o Baixo Assú

(Assú, Itajá, Ipanguaçu, Pendências, Alto do Rodrigues, Santana dos Matos) com

26.390 m³ de lenha. Na sequência a Grande Natal ( Ceará-Mirim, São Gonçalo, São

Paulo do Potengi, Ielmo Marinho, Lagoa de Velhos, Barcelona, Nísia Floresta, São José

do Mipibu, São José do Campestre, Goianinha, Monte Alegre, Lagoa Salgada, Santa

Cruz, Lajes Pintada, Tangará e Canguaretama) com 22.363m³ e, por fim, a região Oeste

(Mossoró, Apodi, Gov. D. Dept Rosado, Upanema, Umarizal, Marcelino Vieira,

Encanto, Olho D. dos Borges, Tenente Ananias, Lucrécia e São Francisco do Oeste)

com 7.777 m³.

Para fins de exemplificação do tipo de lenha utilizada na indústria ceramista no Rio

Grande do Norte, segundo a ADESE (2008), na região Seridó adota-se espécies

oriundas da caatinga e espécies exóticas. Com base em pesquisa de campo realizada em

agosto de 2007 pelo mesmo autor, essa região tem a seguinte distribuição de matriz

energética de espécies nativas e exóticas:

47% de algaroba;

28% de cajueiro;

13% de jurema;

8% de aveloz;

4% de caatingueira.

14

De acordo com a ADESE (2008), a maioria dos ceramistas admite usar a

algaroba, espécie exótica, como fonte energética em função da fiscalização realizada

pelo IBAMA, que vem aplicando multas para aqueles que consomem lenha nativa sem

a sua devida autorização.

Segundo a ADESE (2008), uma prática bastante usual na região Seridó são as

retiradas da lenha de forma desordenada e sem controle e, posteriormente, seguida de

queimadas (figura 1).

Figura 1 - Retirada de lenha, seguida de queimadas na Região Seridó/RN

Foto: Elisângelo Fernandes da Silva, setembro/ 2007. (Fonte: adaptada de acervo da ADESE).

Para a ADESE (2008), a retirada da lenha das propriedades é realizada sem

nenhum manejo tais como, o corte seletivo e a proteção de plantas de pequeno porte e

dar-se especialmente de forma ilegal. Tais atitudes demonstram falta de conhecimento

dos lenhadores em relação as alternativas de exploração, sem prejudicar o meio

ambiente.

2.2 EMPREGO DE RESÍDUOS VEGETAIS

O emprego de resíduos vegetais como combustível é uma maneira alternativa

com relação aos combustíveis sólidos tradicionais. A combustão direta é o modo mais

utilizado para usufruir do poder de queima do material. Todavia, este tipo de combustão

apresenta algumas desvantagens (SRIVASTAVA; MAHESHWARI; OHIA, 1995 apud

FILIPPETO, 2008):

Os resíduos vegetais, normalmente, apresentam baixa densidade e estão em forma de

15

pó. Dessa forma impossibilita o seu uso como combustível, pois elevaria o custo no que

diz respeito a transporte, armazenamento, dentre outros fatores;

Devido a sua alta umidade, esses resíduos perdem boa parte do seu poder calorífico

gerado para secar a própria biomassa.

Diante dessa situação, a confecção de briquetes pode ser uma saída para alguns

destes problemas. Na Figura 2 ilustra-se um exemplo de briquete.

Figura 2 - Exemplo de Briquetes

Fonte: ALL BIZ1

2.3 ESPÉCIES VEGETAIS

O presente trabalho teve foco resíduos vegetais de três espécies que são

comumente utilizadas na indústria ceramista: Cajueiro, Algaroba, Jurema-Preta.

2.3.1 Cajueiro (Anacardium occidentale)

De acordo com EMBRAPA (2003a), o cajueiro (Figura 3) é conhecido

cientificamente como Anacardium occidentale, teve sua origem no Brasil e, é

encontrada por todo o país. A região Nordeste apresenta uma área plantada acima de

650 mil hectares na qual corresponde a mais de 95% da produção nacional. Os estados

do Nordeste que se destacam por sua produção são o Ceará, Piauí, Rio Grande do Norte

e Bahia.

1 Disponível em: http://www.ua.all.biz/pt/briquetes-de-combustvel-g1277136 . Acesso em 10 de fevereiro

de 2013.

16

Figura 3 – Ilustração de uma planta de cajueiro

FONTE: PROJETO RONDOM

De acordo com a EMBRAPA (2003b), O regime de chuva adequado para o

cajueiro está compreendido entre 800 a 1.500 mm anualmente. A umidade ideal para tal

cultura, também de acordo com a EMBRAPA encontra-se na faixa entre 70 e 80%. É

planta que requer temperaturas altas para seu crescimento, em torno de 27ºC. Exige o

uso de quebra-ventos em regiões que apresentam ventos superiores a 7m/s.

Oliveira e Rocha (2009) afirmam que a cultura do caju se tornou uma atividade

lucrativa no decorrer da Segunda Guerra Mundial com o objetivo de suprir matéria-

prima (líquido da casca de castanha) para os Estados Unidos na produção de isolantes

térmicos, tintas e outras aplicações. Entretanto com o fim da guerra mudou o foco das

exportações que agora passaram a serem as amêndoas de castanha de caju. Todavia

nesse novo negócio, a Índia entrou como concorrente.

De acordo com a EMBRAPA (2003a), a importância social da cajucultura é

verificada através do quantitativo de empregos que a mesma gera, sendo que 35 mil são

gerados no campo e em torno de 15 mil na indústria, somados a estes tem os empregos

indiretos que são 250 mil. O interessante dessa cultura para o Nordeste é que sua

produção ocorre na entressafra das culturas tradicionais, contribuindo para fixar o

homem no campo.

Montenegro, Lima e Parente (2010) reafirma que a cajucultura nordestina está

enquadrada em uma forma de cultivo que não apresenta eficiência, com pomares com

certa idade, predominância de cajueiro comum na sua maior totalidade e,

17

conseqüentemente, baixa produtividade. Todavia, atualmente, já existem tecnologias

disponíveis e, é das mais avançadas, tais como substituição de copas, desenvolvimento

de cajueiros mais produtivos, controle mais eficaz de pragas e doenças, dentre outras. À

proporção que estão adotando tais medidas, vê-se uma abundância no que diz respeito à

oferta de lenha, tendo sua origem no corte dos cajueiros adultos e das podas que são

realizadas anualmente. O destino tem sido especialmente as cerâmicas, padarias e,

várias vezes, a queima realizada no próprio pomar. O aproveitamento racional é uma

saída viável a ambientalmente correta para o fabrico de briquetes, painéis, adubos,

extração de substâncias químicas, desde que leve em consideração a logística de

transporte e projetos industriais que atendam a volumes que viabilizem rotas

tecnológicas.

De acordo com a Autoterm (2013), o poder calorífico inferior das podas de

cajueiro é de aproximadamente 2500 kcal/Kg.

2.3.2 Algaroba (Prosopis juliflora)

De acordo com a EMBRAPA (2009), a algaroba (Figura 4) pertence a família

das leguminosas e ao gênero Prosopis. O continente americano apresenta a maior

concentração dessas espécies. A espécie Prosopis juliflora ocorre de forma natural no

México, América Central, e norte da América do Sul . No intuito de produzir forragem e

madeira foi introduzida no Brasil, Sudão, Sahel, África do Sul e Índia. A espécie suporta

bem regiões com precipitação pluviométrica entre 150 mm e 1.200 mm anuais e tem

uma resistência muito boa a longos períodos de estiagem. Tem uso múltiplo tais como

mourões, estacas, lenha, sombreamento, arborização, dentre outros. Sua madeira

apresenta uma densidade básica na ordem de 0,85g/cm³.

18

Figura 4 – Ilustração de uma planta de Algaroba

Fonte: DRUMOND (2009)

Segundo a EMBRAPA (2009), a região brasileira que se destaca no cultivo dessa

espécie é a região Nordeste no qual foi introduzida em meados de 1942 no estado de

Pernambuco com sementes de Piura, provenientes do Peru. Em Angicos, município

situado no interior do Rio Grande do Norte, foram inseridas em 1946 por meio de

sementes originárias do Peru e, em 1948, com sementes do Sudão. Após isso, foi

realizada a difusão de tal cultura através da regeneração natural e plantio.

De acordo com Oliveira et al. (1999), o poder calorífico superior da Algaroba,

obtido com calorímetro a volume constante, apresenta uma média de 3951,46 Kcal/kg.

2.3.3 Jurema Preta (Mimosa hostilis,Benth)

Para Oliveira et al. (1999), a jurema preta consiste em uma leguminosa arbustiva

da família Mimosacea e, do gênero Mimosa e espécie Mimosa hostilis,Benth. É bastante

comum na caatinga, sendo encontrada no Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba,

Pernambuco, Alagoas, Segipe e Bahia. Sua propagação se dá através de sementes.

Silva & Mirapalheta (1991, apud Oliveira et al. 1999), relatam que a jurema

preta exerce uma função muito importante no que tange a proteção dos solos contra a

erosão, pelo fato de promover seu enriquecimento, agindo também como retardante no

processo de assoreamento das barragens e proporciona uma melhoria na qualidade do

ar.

19

Oliveira et al. (1999) afirmam que a jurema preta (Figura 5) pode ser empregada

em áreas mineralizadas, erodidas e, em geral, áreas com deficiências de nutrientes. Ela

tem certa preferência por esse tipo de região e até se desenvolve bem. Pode ser utilizada

como forrageira para suprir a necessidade alimentar de animais na caatinga. Por ter um

bom potencial madeireiro para produzir madeira e lenha, a jurema pode ser usada de

formal racional para ser aplicada em fornos de cerâmicas, caldeiras, dentre outras.

De acordo com Oliveira et al. (1999), o poder calorífico superior da Jurema

Preta (Mimosa hostilis, Benth ,)obtido com calorímetro a volume constante apresenta

uma média de 4610Kcal/kg.

Figura 5 – Ilustração de uma planta de Jurema Preta

Fonte: PISTAS DO CAMINHO2

2.4 BRIQUETAGEM (DEFINIÇÃO E HISTÓRICO)

De acordo com Rodrigues (2010), o processo de briquetagem constitui-se na

compactação de materiais, com alta pressão e/ou alta temperatura, podendo ser

facultativo o uso de ligantes, que os tornam mais densos. Existem vários fatores que

podem comprometer a qualidade dos briquetes, tais como: o modo como ele é

2 Disponível em: http://pistasdocaminho.blogspot.com.br/2008/11/jurema-preta-rvore-sagrada.html .

Acesso em 01 de março de 2013

20

produzido e as propriedades físico-químicas (granulometria, densidade, poder

calorífico, dentre outros).

A briquetagem teve seu início na China e na Inglaterra no qual se aglomerava de

forma manual as partículas, com a adição de aglomerantes. Entretanto, foi na França por

volta de 1842 que se começou a comercializar briquetes. Estes eram utilizados para

aquecer caldeiras e fornos. Em1915 os EUA começaram a utilizar briquetes com carvão

vegetal (MELO 1999).

Na atualidade, são produzidos briquetes em vasta escala em diversas partes do

mundo como é o caso dos Estados Unidos, países Europeus e Sudeste Asiático. As

matérias-primas utilizadas nestes países são de origem vegetal, carvão mineral e

resíduos de agroflorestais (MELO, 1999).

2.5 FATORES QUE AFETAM A PRODUÇÃO DOS BRIQUETES

Para Silva (2007), são inúmeras as variáveis que podem afetar a compactação

dos resíduos. Nesse sentido, têm-se as propriedades do próprio resíduo, tais como

tamanho, umidade e a densidade; bem como as variáveis do processo pelo qual esse

material é submetido, especialmente, pressão e temperatura.

2.5.1 Temperatura

Para Silva (2007), a temperatura é um dos parâmetro responsável por influenciar

o processo e, principalmente, as propriedades do briquete.

De acordo com Bhattacharya (1984, apud Silva, 2007), a intensidade da força de

compressão para a confecção dos briquetes está relacionada diretamente com a

temperatura em que eles são densificados. Tal força é máxima a uma temperatura de

220ºC; acima dessa temperatura, a força diminui de intensidade pelo fato da degradação

térmica dos componentes que constituem o material.

2.5.2 Teor de Umidade

Segundo Carvalho e Brinck (2004, apud Rodrigues, 2010) para que os briquetes

não apresentem fraturas pela expansão dos gases é necessário que a matéria-prima usada

21

para sua confecção esteja seca. Para que haja uma aglomeração das partículas é

imprescindível que a umidade esteja numa faixa entre 8 e 15%.

Já Reis et al (2002, apud Rodrigues,2010) relatam que os briquetes que

apresentam um teor de umidade acima de 15% podem ter sua eficiência de queima

comprometida pelo fato da relação entre poder calorífico e umidade. Ou seja, se o

resíduo estiver acima da umidade ideal ou muito seco isso comprometerá o briquete,

deixando-o sem estabilidade.

Para Farinhaque (1981, apud Cintra, 2009), o teor de umidade consiste em uma

propriedade que oscila na madeira em si e na casca de maneira abrangente. O calor

decorrente da combustão da madeira é inversamente proporcional ao teor de umidade.

Ou seja, quanto maior a umidade menor será o poder calorífico pelo fato da energia

decorrente da combustão da madeira ser perdida no aquecimento e vaporização da água.

2.5.3 Tamanho das Partículas

De acordo com Silva (2007), os resíduos que tem dimensões pequenas podem

ser aplicados diretamente no processo de briquetagem. Entretanto, os que apresentam

dimensões maiores precisam passar por um processo de redução de tamanho de modo a

facilitar a compactação.

Para Koullas e Koukios (1987, apud Silva (2007), quanto menor o tamanho

melhor será a compactação. Partículas com dimensões pequenas são interessantes pelo

fato de abranger uma área maior de superfície e consequentemente, promovendo, uma

melhor interação.

2.5.4 Densidade

De acordo com Quirino (1991, apud Rodrigues, 2010), quando os materiais são

densificados aumenta-se o quantitativo de energia gerada em relação as suas condições

naturais. Tem-se que um 1 m³ de briquete pode possuir cinco vezes mais energia que 1

m³ de lenha na sua forma natural.

Para Rodrigues (2010), a briquetagem reduz o volume de matéria-prima,

característica importantíssima para matérias que apresentam baixa densidade. Todavia,

para densificar esse tipo de material requer uma maior demanda de energia no processo

e, materiais que apresentam alta densidade, não teriam muito interesse pelo fato do

22

pouco ganho de densificação. Uma solução interessante, tendo em vista estes tipos de

materiais com densidades diferentes, seria fabricar briquetes através da mistura destes

resíduos.

Já Ferrari (1988, apud Cintra,2009) afirma que não existe relação entre

densidade da madeira e poder calorífico superior. Entretanto, para Vale et al (2002, apud

Cintra, 2009) relata que ao se empregar madeira de baixa densidade, ela queimará mais

rápido que uma madeira de densidade maior, produzindo assim um quantitativo menor

de energia por volume. Os mesmos recomendam uma faixa intermediária entre madeiras

médias e duras que estejam compreendido entre 0,65 a 0,8g/cm³.

Segundo Brito e Barrichelo (1977, apud Cintra, 2009) relatam que a densidade

básica não tem uma relação com as seguintes características: rendimento gravimétrico,

carbono fixo, materiais voláteis e teor de cinzas.

2.6 PREPARAÇÃO DOS RESÍDUOS

De acordo com Silva (2007), para que haja uma eficácia na compactação é

imprescindível que o matéria-prima passe por algumas etapas. De acordo com o tipo de

material, é facultativo picar, peneirar, secar, moer, etc. Cada uma dessas pode vir a

encarecer a implantação e a operação.

2.7 SECAGEM

Segundo Smith et al (1985, apud Silva (2007), para secagem do material deve-se

levar em consideração alguns parâmetros tais como, densidade, granulometria, umidade,

etc. Já Bain (1981, apud Silva Claudinei), relata que os principais equipamentos

utilizados para secagem são secadores do tipo giratórios e de parafuso de transporte.

Diante do quantitativo de raios solares que incidem sobre o Brasil e,

especialmente no Nordeste brasileiro, o uso da energia solar apresenta-se como uma boa

opção em termos técnicos e econômicos. Dessa maneira, a utilização desse tipo de

energia é um investimento em que demanda baixo capital e que apresenta uma boa

eficácia. Entretanto, é necessário um treinamento simples para operá-lo (PIMENTEL et

al.,2000, apud SILVA,2007).

23

2.8 BRIQUETES COMPOSTOS

Para Rodrigues et al. (nd), são considerados briquetes compostos aqueles que

tem na sua composição mais de um tipo de material. A produção desse tipo de briquete é

igual a do briquete simples, com exceção da fase de mistura das matérias-primas. Tal

semelhança possibilita igualar os seus custos de produção.

2.9 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO FABRICO DE BRIQUETES

De acordo com Silva (2007), as principais vantagens dos briquetes são: ganho no

poder calorífico do material por unidade de volume, melhorias no transporte e

armazenamento, redução da biodegradação de resíduos, dentre outras. Já as

desvantagens estão nos tributos que incidem sobre a venda de produtos e maquinários

utilizados, necessidade de elevados investimentos para aquisição de equipamentos,

consumo de energia e possibilidade de se desmancharem quando expostos à água ou a

alta umidade.

2.10 PODER CALORÍFICO

De acordo com Rodrigues et al. (nd), o poder calorífico é uma das propriedades

mais relevantes que um combustível pode apresentar e é divido em dois: poder

calorífico inferior e o poder calorífico superior. Este último, também denominado de

potência calorífica total ou poder absoluto, consiste na energia interna que um

combustível possui, quando a água que decorre da combustão juntamente com a água

líquida contida no combustível é condensada. Já o poder calorífico inferior, também

denominado de potência calorífica útil, é o quanto um combustível apresenta de energia

interna, sendo que a água se encontra no estado de vapor.

Para Rodrigues (2010), existem várias características das partículas que podem

comprometer o poder calorífico, tais como, teor de umidade, composição elementar,

teor de cinzas, entre outras.

24

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 MATÉRIAS-PRIMA TESTADAS

As matérias-prima, objeto do presente estudo para produção dos briquetes foram

provenientes de quatro fontes, sendo elas – galhos de árvores de cajueiro, de algaroba e

de jurema e de restos de papelão. Os galhos de árvores (Cajueiro, Algaroba e Jurema),

utilizados tiveram sua origem na Fazenda Quixabeirinha, situada a 18 km da cidade de

Angicos. Esta foi coletada nos dias 6 e 7 de novembro de 2012. Já o papelão utilizado

foi coletado na cidade.

3.2 METODOLOGIA

3.2.1 Coleta das matérias-prima

Inicialmente, foi realizada a coleta dos resíduos que foram utilizados nesse

estudo, com o auxílio de alguns objetos tais como facão e carro de mão. Por exemplo,

na figura 6, tem-se o processo de obtenção da matéria-prima a partir do cajueiro.

Figura 6 – Processo de obtenção da matéria-prima

3.2.2 Processo de moagem

Após a coleta da matéria-prima, das três espécies investigadas, procedeu-se a

separação dos galhos por diâmetro. Aqueles com diâmetro menor que 25 mm foram

encaminhados para moagem (Figura 7). Já os outros não foram objetivos do trabalho.

Normalmente, galhos com dimensões maiores são destinados para outros usos como

25

lenha, por exemplo.

Figura 7 - Moagem dos galhos

3.2.3 Determinação do teor de umidade e secagem

Para determinação do teor de umidade da matéria-prima seguiu-se o seguinte

procedimento: inicialmente, tarou-se o cadinho em uma balança de precisão de modelo

AY 220 (Figura 8), da marca Shimadzu.; depois se pesou 54,3 g de amostra cada resíduo

e colocou-os em uma estufa de esterilização de modelo 5 (Figura 9), da fabricante

Brasdonto, pré-aquecida à 105ºC; a cada hora era realizada a pesagem e é repetida até

que o peso destes ficasse constante. Para conhecer a umidade foi realizado os seguintes

cálculos:

I.

II.

26

Figura 8 e 9 - Balança de Precisão e Estufa de Esterilização, respectivamente.

Em uma etapa, o material foi colocado para secar ao sol (Figura 10). Os resíduos

foram colocados sobre uma lona preta de forma separada de acordo com o respectivo

tipo. Esses resíduos ficaram expostos ao sol por um período de dez dias. O material foi

revirado todos os dias de modo que a secagem fosse máxima em termos de eficiência.

Figura 10 - Secagem dos resíduos de algaroba, cajueiro e jurema preta

3.2.4 Preparação dos briquetes compostos

Posteriormente, foi preparado a mistura para a produção dos briquetes dos

briquetes compostos. Para cada quilograma de massa, foi usado 28% é papelão moído e

72% de resíduos de poda seco, fragmentado e moído. Os briquetes testados foram

confeccionados com os componentes apresentados na Tabela 1 e denominados de

briquetes 1,2,3 e 4.

27

Tabela 1 - Composição dos Briquetes

Tipo Composição

Papelão Jurema Algaroba Cajueiro

Briquete 1 28% 24% 24% 24%

Briquete 2 28% 36% 36% X

Briquete 3 28% 36% x 36%

Briquete 4 28% x 36% 36%

Foram misturados com essa biomassa aproximadamente 4,3 litros de água de

modo que essa ficasse umidificada. Logo em seguida, tais resíduos foram umidificados

e homogeneizados de forma manual (Figura 11).

Figura 11 - Resíduos umidificados e homogeneizados

Após esse processo a massa foi submetida a um peneiramento com a finalidade

de retirar o excesso de água. Posteriormente, a massa ainda umidificada foi direcionada

para os moldes de confeccionar briquetes (Figura 12) e depois, com o auxilio de uma

espécie de prensa mecânica (Figura 13), a matéria foi densificada. Por fim, o produto

final (Figura 14) foi destinado à secagem em estufa (Figura 15) até peso constante,

105ºC.

28

Figura 12- Molde para obtenção

dos briquetes Figura 13 – Prensa mecânica

Figura 14 - Produto final Figura 15 - Secagem em estufa

3.2.5 Caracterização dos briquetes

Depois de confeccionados e secos, os briquetes foram pesados e, com a

dimensão do molde de produção destes, foi conhecida a densidade e a umidade de cada

um destes.

Com os briquetes prontos, estes foram submetidos a um teste para conhecer

outra propriedade, o poder calorífico. Devido a inexistência de equipamentos do tipo

bomba calorimétrica. Optou-se confeccionar um mecanismo para conhecer de forma

29

indireta qual o briquete que apresentara maior poder calorífico.

Inicialmente, foi realizada uma abertura lateral em um cuscuzeira (Figura 16) e

depois foi adicionada uma tela acima da grelha (Figura 17) deste objeto. Para efeitos de

sustentação foi colocado um tripé na cuscuzeira.

Figura 16 - Cuscuzeira adaptada Figura 17 - Tela

Para a realização do experimento de medição indireta foi pesado 58 g do

briquete 1, 2, 3 e 4. Para o teste de cada tipo de briquete, foi reservado um béquer de

250 ml com 100 ml de água destilada e 5 ml de álcool etílico absoluto PA em béquer de

25 ml.

Na etapa seguinte, foi colocado o béquer com água com 100 ml de água sob a

tela na cuscuzeira e o briquete tipo I, já pesado, na parte inferior. Depois foi colocado

um termômetro de bulbo dentro do béquer. Posteriormente, foi colocado 5 ml de álcool

sob esses briquetes e lançado a chama. Com isso, verificou-se a alteração da

temperatura em função do tempo durante a queima do briquete até que fosse atingido o

ponto de ebulição da água (Figura 18). Tal procedimento foi repetido para os outros 3

tipos de briquetes.

30

Figura 18 - Queima do briquete

Visando quantificar o poder calorífico inferior e realizar um comparativo com

os resultados dos experimento anterior, foi utilizada a fórmula proposta por Carvalho e

Scarpinela (2010) onde o poder calorífico inferior a partir do teor de umidade. Os

mesmos propõem a seguinte fórmula empírica: Pi= 4590 – 51,9xH, onde:

Pi = Poder Calorífico Inferior (Kcal/Kg)

H = Umidade das peças de madeira em base úmida, (em %)

31

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 SECAGEM DOS RESÍDUOS

A secagem é uma etapa imprescindível no fabrico dos briquetes. Dependendo do

teor de umidade pode haver um comprometimento no rendimento de queima do

material.

Tendo como base os valores obtidos, (Gráfico 1), pode-se observar que houve

uma perda significativa na primeira hora de secagem de todos os resíduos.. Já nos

resíduos de algaroba e jurema não houve uma variação significativa a partir da primeira

hora até a sexta Ou seja, verifica-se que dentre as três amostras analisadas, jurema,

algaroba e cajueiro, este último foi o que apresentou a maior perda de umidade. Este

comportamento se deve possivelmente, a maior quantidade de umidade presente nas

folhas desta árvore. Tendo-se em vista que durante a produção dos briquetes foram

triturados galhos e folhas. Desta forma, como a folha do cajueiro é maior do que as das

outras amostras, então há uma tendência de que se tenha uma maior influência delas em

relação a perda de umidade.

Gráfico 1 - Comportamento da secagem dos resíduos de cajueiro, algaroba e

jurema preta

Ao se calcular o teor de umidade, verifica-se (Tabela 2), que a algaroba

apresentou a menor perda, seguida da jurema preta e do cajueiro. Os dois primeiros

com comportamento relativamente semelhante ao longo do tempo e cajueiro

apresentando uma perda de umidade mais brusca, devido aos motivos já citados. Um

32

dos motivos pelo qual a jurema apresentou uma maior perda de umidade pode estar

ligado ao período do ano em que foi retirada as amostras, novembro e dezembro de

2012. Neste período, a jurema apresenta pouca ou nenhuma folha, e poderia estar

utilizando todos os seus recursos para armazenar água para o período de seca.

Tabela 2 – Teor de umidade dos resíduos de algaroba, cajueiro

e jurema preta

Tipo de Resíduo Umidade (%)

Jurema Preta 6,58%

Algaroba 5,16%

Cajueiro 18,13%

4.2 SECAGEM DOS BRIQUETES

Na secagem dos briquetes foi adotada a mesma metodologia que foi utilizada na

secagem dos resíduos. Portanto, os resultados para secagem estão sumarizados abaixo.

De modo a realizar um comparativo entre o decaimento do peso dos briquetes

tem-se o Gráfico 2. Através desse é possível detectar que o briquete que apresentou

maior perda de peso foi o de número 4 com 40,965. Logo em seguida, o briquete de

numero 2 com 34,65% e o de número 3 com 34,37% . E por fim, o que apresentou

menor perda foi o de número 1 com 21%. Nos quatro temos a maior proporção de

papelão (28%, em peso), seguido de 24% (em peso) para jurema, algaroba e cajueiro,

como o teor de cajueiro é menor, então, sua influência também é menor levando a uma

menor perda de umidade.

Gráfico 2 - Comportamento da secagem dos briquetes em estufa à 105°C

Através dos dados mensurados anteriormente encontramos o teor de umidade

33

dos briquetes (Tabela 3)

Tabela 3- Teor de umidade dos briquetes

Tipo de briquete Umidade (%)

Briquete 1 21,00

Briquete 2 34,65

Briquete 3 34,37

Briquete 4 40,96

4.3 DENSIDADE

Após o processo de secagem dos briquetes na estufa, foram calculadas as suas

respectivas densidade que estão sumarizadas na tabela 4.

Tabela 4 - Densidade dos briquetes

Tipo de Briquete Densidade (kg/m³)

Briquete 1 306,60

Briquete 2 227,80

Briquete 3 263,40

Briquete 4 266,00

De acordo com Ferrari (1988, apud Cintra, 2009) afirma que não vai existir

relação entre a densidade da madeira e o poder calorífico. Já Vale et al (2002, apud

Cintra, 2009) relatam que, ao se empregar madeira de baixa densidade, ele queimará

mais rápido que uma madeira de densidade maior.

4.4 PODER CALORÍFICO

Através do experimento proposto para definição do poder calorífico, foi possível

detectar que os briquetes que fizeram com que a água chegasse à ebulição mais rápido

foram os briquetes tipo 2 e 4 (Gráfico 3). Partindo do pressuposto em que o briquete que

cozinhar/ferver líquidos mais rápidos terá um maior poder de queima. Então, pode-se

dizer que os briquetes citados anteriormente apresentam maior poder de queima em

relação aos demais. Um detalhe importantíssimo durante o processo de queima destes

percebeu que eles liberam pouca fuligem.

34

Gráfico 3 - Comportamento da temperatura em função do tempo

Outro fator pertinente em relação ao poder de queima dos briquetes foi que os

que apresentaram maior perda de umidade durante a secagem, foram os mesmo que

fizeram à água entrar mais rápido em ebulição. Houve certa influência da umidade no

poder de queima dos briquetes.

O teor de umidade citado acima é evidenciado por Rodrigues (2010), quando

afirma que o teor de umidade é uma das características que podem comprometer o poder

de queima.

Já Farinhaque (1981, apud Cintra, 2009), afirma que o calor que tem sua origem

na combustão é inversamente proporcional ao teor de umidade.

Nos resultados decorrentes da fórmula proposta por Carvalho e Scarpinela

(2010) estão sumarizados na tabela 5. Esses resultados se opõem aos obtidos

anteriormente. Tudo indica que isso deve-se ao fato de não levar outras características

dos briquetes em consideração como é o caso do poder calorífico de cada material

constituinte.

Tabela 5 – Poder Calorífico Inferior

Tipo de

Briquete

Poder Calorífico

Inferior (Kcal/kg)

Briquete 1 3500,10

Briquete 2 2791,66

Briquete 3 2805,94

Briquete 4 2464,18

35

5 CONCLUSÃO

A utilização de briquetes a partir de resíduos pode ser uma alternativa que

minimiza os impactos ambientais, produzindo energia de forma mais econômica e

ecológica. A inserção dessa iniciativa na indústria cerâmica pode amenizar os problemas

decorrentes da exploração da lenha, principalmente da vegetação nativa, pois em vez de

desmatar mais áreas com esse tipo de vegetação, aproveitam-se os resíduos das podas

em forma de briquetes para suprir em parte a necessidade energética da indústria

cerâmica.

Com base nos resultados obtidos a partir do experimento que usa o mecanismo

da cuscuzeira adaptada, desenvolvido nesse trabalho, verifica-se que os briquetes que

seriam interessantes aplicá-los na indústria ceramista seria o tipo 2 e 4 que apresentam

as seguintes composições: Tipo 2 ( 28% papelão, 36% jurema preta e 36% algaroba) e o

tipo 4 ( 28% papelão, 36% algaroba e 36% cajueiro).

36

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