Propriedades da madeira para
fins de energia
Poder Calorífico
Propriedades da madeira para fins de energia
• Tópicos já abordados:
–
–
–
–
Umidade
Densidade
Composição química elementar
Composição química imediata
Propriedades da madeira para fins de energia
“Poder calorifico é a quantidade de calor liberada
pela combustão completa de unidade de massa
do combustível.”
Unidades
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Propriedades da madeira para fins de energia
• Poder calorífico superior (PCS)
– Valor teórico;
– PCS = 81,4 (C) + 345 (H - 0/8) + 25 (S)
• Poder calorífico inferior (PCI)
– É o calor efetivamente possível de ser utilizado;
– PCI = PCS-600*9H/100
• Poder calorífico útil (PCU)
– PCU = PCI – 6*(Ubu)
Propriedades da madeira para fins de energia
Propriedades da madeira para fins de energia
Determinação do poder calorífico
Em laboratório
Propriedades da madeira para fins de energia
Biomassa
Nome popular
Poder calorifico
(kcal/kg)
Celulose
Lignina
Araucaria angustifólia
Eucalyptus triantha
Eucalyptus grandis
Mimosa scabrella
Pinus sp
Couratari stellata
Dalbergia miscolobium
Eriotheca globosa
Mezilaurus itauba
Pinheiro do Paraná
Bracatinga
Tauarí
Jacarandá do cerrado
Punga colorada
Bagaço de cana
Itaúba
4243
5757
4788
4949
4790
4890
4978
4735
4896
3888
3700
5263
Propriedades da madeira para fins de energia
Biomassa
Briquete
Eucalyptus sp
Pinus sp
Cajui
PCS (kcal/kg)
4545
4525
4978
4411
PCU (kcal/kg)
3884
3854
4122
3092
Ubu (%)
10,4
10,5
12,9
23,5
Propriedades da madeira para fins de energia
Propriedades da madeira para fins de energia
Determinação do poder calorífico
Calculo
PCS = 81,4 (C) + 345 (H - 0/8) + 25 (S)
Exemplo:
C – 52,3 %
H – 6,00 %
O – 40,0 %
N – 0,20 %
S – 0,00 %
𝟒𝟎, 𝟎
𝑷𝑪𝑺 = 𝟖𝟏, 𝟒 ∗ 𝟓𝟐, 𝟑 + 𝟑𝟒𝟓 𝟔, 𝟎 −
+ 𝟐𝟓 ∗ 𝟎
𝟖
𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑷𝑪𝑺 = 𝟒𝟔𝟎𝟐
𝒌𝒈
Medido na bomba 4622 kcal/kg – Erro de 0,5%
Propriedades da madeira para fins de energia
Poder calorifico x outras propriedades
– Componentes elementares
– Teor de cinzas
– Teor de umidade
Propriedades da madeira para fins de energia
Poder calorifico x teor de umidade (base seca)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Propriedades da madeira para fins de energia
Poder calorifico x teor de umidade (base úmida)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
Propriedades da madeira para fins de energia
Composição do combustível
– Massa combustível
– Massa seca
– Massa de trabalho
Propriedades da madeira para fins de energia
Massa
fornecida
De trabalho
Seca
Combustível
Coeficiente para conversão de base para massa
De trabalho
Seca
Combustível
1
100
100 − Ubu
100
100 − (Ubu + 𝐶𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠)
100 − Ubu
1
100
100 − (Ubu + 𝐶𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠) 100 − 𝐶𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠
100
100
100
100 − 𝐶𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠
1
Propriedades da madeira para fins de energia
Dada uma espécie de madeira que apresenta massa seca com C=48,2%;
H=5,92%; N=0,39%; S=0,01%; O=44,2%; A=1,28%. Pede-se:
a) Calcular a massa de trabalho e a massa combustível. Dado U=30%.
b) Calcular o PCS, PCI e PCU da madeira com 30% de umidade.
c) Calcular as massas de madeira necessárias para aquecer e ferver 1ton de
agua inicialmente a 25°C. Calcule para as umidades de 30% e 0% . Dados
cagua=1 kcal/Kg°C Lagua= 540kcal/kg. Considere uma eficiência de 100%.
Fórmulas
Q = mcΔT
Q = mL
PCS = 81,4 (C) + 345 (H - 0/8) + 25 (S)
PCI = PCS-600*9H/100
PCU = PCI – 6*(Ubu)
Propriedades da madeira para fins de energia
Leitura
• Vargas-moreno, J.M.; Callejón-ferre, A. J.; Pérez-alonso,
J.; Velázquez-martí, B. A review of the mathematical
models for predicting the heating value of biomass
materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews
16 2012.
Formas de obtenção de energia
da madeira
Combustão
Combustão
É a forma mais simples e antiga de obtenção de energia
da biomassa.
É necessário:
• Combustível: lenha, carvão vegetal, pellets e briquetes;
• Comburente: oxigênio
• Temperatura de ignição: madeira aprox. 300°C
Combustão
É uma reação de oxidação que o combustível sofre,
ocorrendo quando a quantidade de O² é suficiente para
transformá-lo em gases;
É uma reação exotérmica – liberação de energia.
Resíduo – óxidos minerais (cinzas).
Combustão
O calor resultante desta transformação pode ser utilizado
para:
– Aquecimento;
– Produção de vapor em caldeiras;
– processo de cogeração produzindo simultaneamente
energia térmica e elétrica no setor de base florestal.
Combustão
A combustão pode ser divida em :
1 – Evaporação da água;
2 – Queima dos compostos voláteis;
3 – Queima do carbono fixo.
Combustão
Existem duas formas de combustão:
a) Combustão completa ou direta, que ocorre na
presença de O² em excesso e;
b) Combustão incompleta ou indireta, que ocorre na
presença controlada de O².
Combustão
A combustão envolve uma série de reações químicas que
ocorrem simultaneamente.
Conversão
Reação Química
CO2
Calor de reação
(kcal/kg)
Combustão completa do
carbono
C + O2
Combustão incompleta
do carbono
C + ½ O2
CO
2.436
Combustão do
hidrogênio
H2 + ½ O2
H2O
33.900
Combustão do enxofre
S + O2
SO2
8.100
2.210
Combustão
Leitura
• VANDENBROEK,R.; Biomass combustion for power
generation. Biomass and Bioenergy. 1996
• Ragland, K.W. Aerts, D.J. Baker, A.J. Properties of
wood for combustion analysis. Biomass and
Bioenergy. 1991