10ª Conferência Nacional do Ambiente
Congresso Nacional de Engenharia do Ambiente
6 - 8 de novembro de 2013
Departamento de Ambiente e Ordenamento
Universidade de Aveiro
Influência das Condições Operatórias nas Emissões de Partículas
da Combustão Doméstica
E. Vicente, T. Nunes, C. Alves, L. Tarelho, M. Duarte, A. Calvo, S. Rocha, E. Teixeira
Centro de Estudos do Ambiente e do Mar, Departamento de Ambiente e Ordenamento,
Universidade de Aveiro, Aveiro
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected];
[email protected] ; [email protected]; [email protected];[email protected].
Palavras-chave: Combustão Doméstica, Biomassa, Fatores de Emissão, Condições
Operatórias
I. Introdução
A queima de biomassa para aquecimento residencial foi identificada como uma das
principais fontes de poluição atmosférica na Europa, principalmente no Inverno [1]. Estima-se
que em Portugal sejam anualmente queimadas 2 Mton de biomassa lenhosa [2]. Atendendo
às repercussões e à necessidade de cumprimento das normativas legais, é necessário
proceder à quantificação e caraterização das emissões provenientes deste setor de forma a
obter perfis de emissões representativos da realidade nacional. A quantificação e
caraterização destas emissões para diferentes tipos de biomassa, equipamentos e
condições operatórias é essencial, pois permite identificar e recomendar um conjunto de
procedimentos ambientalmente mais vantajosos. Os ensaios experimentais, efetuados com
um recuperador de calor e dois tipos distintos de biomassa lenhosa, tiveram como objetivo
avaliar a influência das condições operatórias, nomeadamente a técnica de ignição, a carga
utilizada e a clivagem aplicada à biomassa.
II. Metodologia
Os ensaios de combustão de biomassa foram realizados com um recuperador de calor
utilizado tipicamente nas residências portuguesas. A infraestrura experimental é composta
pelo equipamento de combustão, pela conduta de exaustão, pelo sistema de amostragem e
análise dos compostos gasosos e por um túnel de diluição, onde se efetua a amostragem de
material particulado (PM10). Os detalhes da infraestruta podem ser encontrados em [4] e [5].
O conteúdo carbonoso nas amostras de PM10 foi determinado por uma técnica termo-ótica
[6]. A biomassa utilizada nos ensaios de combustão proveio de Pinheiro (“softwood”) e Faia
(“hardwood”). Para cada tipologia de biomassa foram testadas as condições operatórias
utilizando 3 cargas consecutivas. A duração do ensaio e carga utilizada variaram, de acordo
com a condição operatória em análise, entre 30-95 min e 1-4 kg, respetivamente.
1
)
25
20
15
10
5
0
Carga
Reduzida
(1Kg)
Carga
Média
(2Kg)
(a)
Carga
Elevada
(4kg)
Carga
Elevada
(SC) (4kg)
Arranque a quente
FE PM10(g.kg1biomassa
FE PM10 (g.kg-1biomassa)
III. Resultados
Ignição
Ignição
"pelo
"pela
topo" base"(2kg)
(2kg)
Arranque a frio
25
20
15
10
5
0
Carga
Reduzida
(1Kg)
(b)
Carga
Média
(2Kg)
Carga
Carga
Elevada Elevada
(4kg)
(SC) (4kg)
Arranque a quente
Ignição
Ignição
"pelo
"pela
topo" base"(2kg)
(2kg)
Arranque a frio
Arranque a quente
(a)
(b)
Arranque a frio
Carga
Elevada
(4kg)
Carga
Elevada (SC)
(4kg)
Ignição
"pelo topo"
(2kg)
Ignição
"pela
base"(2kg)
Carga Média
(2Kg)
OC
100
80
60
40
20
0
Carga
Reduzida
(1Kg)
EC
(OC+EC)/PM10 (%)
Carga
Elevada
(4kg)
Carga
Elevada (SC)
(4kg)
Ignição
"pelo topo"
(2kg)
Ignição
"pela
base"(2kg)
Carga Média
(2Kg)
100
80
60
40
20
0
Carga
Reduzida
(1Kg)
(OC+EC)/PM10 (%)
Figura 1.(a) Fatores de emissão para PM10 resultantes da queima de (a) Pinheiro e (b) Faia para distintas condições
operatórias.
Arranque a quente
EC
OC
Arranque a frio
(a)
Arranque a Quente
Arranque a
Frio
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
(b)
Arranque a Quente
Ignição "pelo topo"
(2kg)
Ignição "pela base"
(2kg)
Carga Elevada (SC) (4kg)
Carga Elevada (4kg)
Carga Média (2kg)
CO2 Faia
CO Pinheiro
Carga Reduzida (1kg)
CO2 Pinheiro
FE (g.kg-1 biomassa bs)
Ignição "pelo topo"
(2kg)
Ignição "pela base"
(2kg)
Carga Elevada (SC) (4kg)
Carga Elevada (4kg)
Carga Média (2kg)
2500
2000
1500
1000
500
0
Carga Reduzida (1kg)
FE (g.kg-1 biomassa bs)
Figura 2. Fração mássica de material carbonoso (carbono orgânico + carbono elementar) nas amostras de PM10
resultantes da queima de Pinheiro (a) e Faia (b), em função da condição operatória.
CO Faia
HCT Pinheiro
HCT Faia
Arranque a
Frio
Figura 3. (a) Fatores de emissão de CO2 e de (b) CO e hidrocarbonetos totais (HCT
HCT).
IV. Conclusões
Os fatores de emissão de material particulado resultantes da queima de pinheiro tendem a
ser superiores aos obtidos para a queima de faia em condições operatórias semelhantes e
estas, por sua vez, têm grande influência têm grande influência nas emissões resultantes da
combustão de ambos os tipos de biomassa
biomassa. No entanto, a “hardwood” demonstrou ser
menos influenciada pelas variações operatórias. A técnica de ignição é um fator
preponderante nas emissões de material partic
particulado. A ignição pelo topo pode contribuir
para a redução de mais de 50% de material particulado. O material carbonoso representou
entre 40 a 80% da composição do material particulado amostrado.
Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pelo Programa Life+ da Comissão Europeia, através do projeto “Testing
Testing and development of air quality mitigation
measures in Southern Europe”, LIFE 11/ENV/ES/000584
ES/000584 (AIRUSE)
(AIRUSE).
Referências
[1] GELENCSÉR, A. et al. - Source apportionment of PM2.5 organic aerosol over Europe: Primary/secondary, natural/anthropogenic, and
fossil/biogenic origin. Journal of Geophysical Research
Research. 112:D23 (2007) D23S04. doi: 10.1029/2006JD008094.
[2] GONÇALVES, C.; ALVES, C.; PIO, C. - Inventory of fine particulate organic compound emissions from residential wood combustion in Portugal.
Atmospheric Environment. 50:2012) 297-306.
306. doi: 10.1016/j.atmosenv.2011.12.013.
[3] ANDRÉ,, M.; JOUMARD, R.; VIDON, R.; TASSEL, P.; PERRET, P. - Real-world
world European driving cycles, for measuring pollutant emissions
from high- and low-powered cars. Atmospheric Environment
Environment. ISSN 1352-2310. Vol. 40, n.º 31 (2006), p. 5944-5953.
[4] ALVES, C. et al. - Fireplace and woodstove fine particle emissions from combustion of western Mediterranean wood types. Atmospheric
Research. 101:2011) 692-700.
[5] ALVES, C. et al. - Fireplace and woodstove fine particle emissions from combustion of western Mediterranean wood types. Atmospheric
Research. 101:2011) 692-700.
[6] AFONSO, J.; PIO, C.; OLIVEIRA, T. - Avaliação da Determinação de Carbono Orgânico e Carbono Negro por um Método Termo Óptico. 1
(1998).
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