Potential energy of the components of the straw of sugar cane
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Potential energy of the components of the straw of sugar cane
APROVEITAMENTO DO PALHIÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA RENOVÁVEL Bertozzo F. ([email protected]), Ferreira M. Z. ([email protected]), Gamba V. S. ([email protected]), Pupo H. F. ([email protected]), Leão A. L. ([email protected]), Souza S. F. ([email protected]). Departamento de Recursos Naturais, Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista (FCA/UNESP), Caixa Postal: 237, CEP: 18610-307, Botucatu/SP, Brasil. ABSTRACT The waste of mechanized harvesting of sugar cane, has potential as an alternative source of energy used in the own process of production of biofuel (ethanol) and sugar, and have been widely researched. The sugar energy agrobusiness is a subject that has great interest from the agriculture and industry sectors with technical, economic and environmental advantages. Quality of waste used for energy purposes can be measured by the calorific value, ash and moisture content. The aim of this study was to determine the energy potential of waste from cane sugar crops cultivated variety RB 845210 in the municipality of Lençóis Paulista, located in São Paulo, Brazil and harvested in the eighteenth month of cultivation. For this was measured the ash content (AC), fuels contents (FC), high heat value (HHV) and low heat value (LHV) determined from the dried basis of material, and moisture content (MC). Samples of material were separated into green leaves, dry leaves and pointers. The results obtained for green leaves, dry leaves and pointers were: AC (%) = 6.76, 3.85 and 8.85; FC (%) = 93.23, 96.15 and 91.15; HHV (kJ kg-1) = 18 740, 18 053 and 17 723; LHV (kJ kg-1) = 17 338, 16 651 and 16 320, MC (%) = 87.81, 70.90 and 87.87. Keywords: biomass, energy, RB 845210, Saccharum officinarum L., wastes. INTRODUÇÃO Nos últimos trinta anos, o setor sucroalcooleiro teve um grande crescimento atingindo elevada modernização tecnológica; atualmente faz parte do cenário da agroenergia envolvendo de forma renovável a produção de combustível, açúcar e eletricidade (Goes et al., 2008). Durante muitos anos, os processos convencionais de colheita da cana-de-açúcar resumiam-se à colheita manual ou mecânica, com queima prévia do material. Atualmente esta concepção da colheita está sofrendo modificações em função de restrições legais e ambientais ao processo de queima. Com a redução da queima na pré-colheita, o resíduo, denominado palhiço, passou a ser alvo de preocupação para os produtores (Ripoli, 1991). A colheita mecanizada da canade-açúcar, sem a queima prévia, deixa uma espessa camada de material sobre o solo, onde estão contidas grandes quantidades de folhas, bainhas, ponteiros, além de quantidade variável de pedaços de colmo. Estudos comprovaram que o grande volume de palhiço, se deixado sob o solo, pode provocar falha na rebrota, alterações na temperatura do solo, favorecimento ao aparecimento de pragas, entre outros fatores que podem afetar negativamente a produtividade da cultura (Zambon, 1999; Costa et al., 2003). O setor sucroalcooleiro utiliza a queima do bagaço da cana-de-açúcar como fonte de geração de energia para consumo próprio. A queima deste material produz, em média, 18631 kJ kg-1 de energia (Bizzo, 2007). No entanto, poucos produtores utilizam o palhiço como fonte energética. De acordo com Doat (1977) a energia contida em um resíduo pode ser determinada através do poder calorífico do material, ou seja, a quantidade de calor liberado pela combustão de uma unidade de massa desse corpo (kJ kg-1). O poder calorífico pode ser 2 dividido em: poder calorífico superior (PCS), poder calorífico inferior (PCI) e poder calorífico útil (PCU). O objetivo do presente trabalho foi determinar o potencial energético do palhiço de cana-de-açúcar oriundo de plantas da variedade RB 845210 cultivadas no município de Lençóis Paulista, localizado no estado de São Paulo, Brasil. MATERIAL E MÉTODOS O palhiço da cana-de-açúcar, proveniente da variedade RB 845210, foi doado pela Companhia Agrícola Rio Claro, localizada no município de Lençóis Paulista, estado de São Paulo, Brasil, sendo que este foi coletado logo após a colheita mecanizada. Em laboratório localizado na Faculdade de Ciências Agronômicas pertencente à Universidade Estadual Paulista, campus de Botucatu, SP, o material foi moído e depois pesado. O teor de umidade foi determinado pela diferença de massa antes e depois da permanência desta por 24 horas em estufa a temperatura 1032 ºC, utilizando a fórmula: % U = (MU - MS) x 100 / MU, onde: U = umidade do material (%); MU = massa em base úmida (g); MS = massa em base seca (g). Foram determinados os teores de cinzas e combustíveis para a caracterização dos resíduos e também a análise elementar com o objetivo de determinar o teor de hidrogênio presente nas amostras. A porcentagem de hidrogênio de cada amostra foi utilizada para o cálculo do poder calorífico inferior (PCI). A determinação do teor de cinzas (TCZ) e de combustíveis (TC) foi feita por pesagem de quantidade equivalente a 5 ± 0,005 g em cadinho queimado e pré-tarado. Após a calcinação a 575 ± 25 ºC, por, aproximadamente 5 horas, o cadinho foi levado ao dessecador onde após resfriamento foi pesado e calculado o teor de cinzas por diferença de massa utilizando a equação: TCZ = d / c x 100, onde: TCZ = teor de cinzas; d = peso após a queima (g); c = peso antes da queima (g). O teor de combustíveis (TC) foi calculado através da equação: TC = (c – d) / c x 100, onde: TC = teor de combustíveis; c = peso antes da queima (g); d = peso após a queima (g). A metodologia para as determinações dos poderes caloríficos superior (PCS) e inferior (PCI) foi baseada na norma ABNT NBR 8633 da ABNT/1884 (ABNT, 1984), usando bomba calorimétrica ALEMMAR Modelo KL-5. Com esse resultado foi possível calcular o poder calorífico inferior (PCI). As fórmulas utilizadas para o cálculo dos valores de PCS e PCI foram: PCS = [(K + MH2O) x ΔT] / MS, sendo que: PCS = teor calorífico superior; K = a constante K da máquina utilizada foi determinada com ácido benzóico, como o PCS do ácido benzóico é de 6318 kJ kg-1, o valor de K foi de 413,1228 kJ kg-1; MH2O = massa da água de combustão, cujo valor é 2700; ΔT = diferença de temperatura entre o ambiente e a temperatura de equilíbrio antes da condensação; MS = massa seca do material (amostra). PCI = PCS – (600) (9) (H / 100), onde: PCI = poder calorífico inferior; PCS = poder calorífico superior; H (%) = teor de hidrogênio do material; 600 = valor médio da energia absorvida por kg de água para atingir a temperatura de vaporização; 9 = múltiplo do peso do hidrogênio no combustível, fornecendo o peso da água formada na combustão. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 são demonstradas as médias das análises dos teores de umidade, cinzas e combustíveis, além do poder calorífico superior e inferior para os componentes do palhiço da cana-de-açúcar: folhas verdes, folhas secas e ponteiros. O teor de cinzas corresponde à porcentagem de material inerte na geração de calor presente na amostra. Após a queima do material é desejável que reste uma pequena quantidade de cinzas, o que indica que a maior parte do resíduo foi utilizada na geração de calor. Observa-se que as folhas secas apresentaram a menor quantidade de cinzas, ou seja, possuem maior teor de combustíveis que as folhas verdes e os ponteiros, mas ainda assim apresentaram um percentual elevado. Altos teores de cinzas em materiais combustíveis podem resultar em emissão de partículas, devido à presença de impurezas, tornando necessária a instalação de equipamentos para a separação de partículas dos gases da combustão, o que pode encarecer o processo. O teor de combustíveis é um índice importante para a avaliação energética de um resíduo por representar a porcentagem de materiais com potencial de geração de calor. O teor de combustíveis médio obtido neste trabalho para o palhiço foi de 93.51 kJ kg-1, sendo 93.24% para folhas verdes, 96.15% para folhas secas e 91.15% para ponteiros. Em relação ao poder calorífico superior e inferior do palhiço, os valores médios obtidos para o material com 0% de umidade foram 18172 e 16770 kJ kg-1, respectivamente. As folhas verdes apresentaram os maiores valores para estes parâmetros atingindo 18740 kJ kg-1 de PCS e 17338 kJ kg-1 de PCI. O fato de as folhas verdes apresentarem maiores valores em relação aos demais componentes (folhas secas e ponteiros) pode ser devido ao seu maior teor de carbono fixo, pois segundo Vale et al. (1999) o poder calorífico superior de um resíduo está diretamente relacionado com o teor de carbono fixo. Na Tabela 2 são observados os valores de poder calorífico superior de diferentes resíduos. O poder calorífico superior do palhiço é maior quando comparado às cascas de eucalipto, de café e de semente de algodão, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz e sabugo de milho; e menor quando comparado à casca de coco babaçu. Os resultados também mostraram elevados teores de umidade nos materiais analisados, com uma média geral de 82.19%. Este fato pode ter ocorrido em virtude das condições de coleta das amostras, realizada logo após a colheita mecanizada, quando o material estava com elevados teores de umidade. O excesso de umidade diminui a eficiência do processo de queima do material. O palhiço apresenta características energéticas que o colocam em condições de uso para a geração de energia térmica. No entanto, o elevado teor de umidade diminui a eficiência do processo de queima, o que pode ser solucionado mantendo o material por um período maior no campo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR 8633/84. Rio de Janeiro. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1986). NBR 8112/86. Rio de Janeiro. Bauer S.R.T. (2001). Resíduos da exploração florestal de Eucalyptus grandis Hill Ex. Maiden para geração de energia elétrica. 64f. Dissertação (Mestrado em Agronomia), Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu. Bizzo W.A. (2007). 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Tese (Livre Docência), Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba. Vale A.T., Gentil L.V., Gonçales J.C. and Costa A.F. (2007). Caracterização energética e rendimento da carbonização de resíduos de grãos de café (Coffea arabica L.) e de madeira (Cedrelinga catenaeformis). Cerne, 13, 416-420. Zambon J.L.C. (1999). Avaliação de genótipos de cana-de-açúcar no Estado do Paraná. II série RB85. STAB: açúcar, álcool e subprodutos, 18, 20-22. Tabela 1. Médias dos valores obtidos para teor de cinzas (TCZ), teor de combustíveis (TC), poder calorífico superior (PCS), poder calorífico inferior (PCI) e teor de umidade (U) obtidas dos diferentes componentes do palhiço (folhas verdes, secas e ponteiros), oriundos da variedade de cana-de-açúcar RB 845210. Componentes do Palhiço Folhas Verdes Folhas Secas Ponteiros Média * Base seca TCZ (%)* 6.76 3.85 8.85 6.49 TC (%)* 93.24 96.15 91.15 93.51 PCS (kJ kg-1)* 18740 18053 17723 18172 PCI (kJ kg-1)* 17338 16651 16320 16770 U (%) 87.81 70.90 87.87 82.19 Tabela 2. Poder calorífico superior (kJ kg-1) de diferentes resíduos agroindustriais. Resíduos Poder Calorífico Superior (kJ kg-1) Casca de eucalipto 15507 Casca de semente de algodão 11723 Bagaço da cana-de-açúcar 17876 Palha de arroz 14654 Casca de café 16466 Casca de coco babaçu 18841 Sabugo de milho 12142 Fonte: Bauer (2001), Cortez et al. (1999) e Vale et al. (2007).