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Matéria (Rio de Janeiro)

versão On-line ISSN 1517-7076

Matéria (Rio J.) vol.24 no.2 Rio de Janeiro  2019  Epub 10-Jun-2019

https://doi.org/10.1590/s1517-707620190002.0690 

Artigos

Investigação do potencial do talo e da palha da carnaúba para utilização como biocombustível

Investigation of the potential of the carnauba stalk and of the carnauba's straw to use as biofuel

Rafael Nogueira Lima1 
http://orcid.org/0000-0001-6373-2549

Raul Lima Paixão1 
http://orcid.org/0000-0002-7667-5050

Rosali Barbosa Marques2 
http://orcid.org/0000-0001-8109-0826

Jackson Queiroz Malveira2 
http://orcid.org/0000-0002-6912-7937

Josy Anteveli Osajima Furtini3 
http://orcid.org/0000-0001-7089-3244

Maria Alexsandra de Sousa Rios4 
http://orcid.org/0000-0002-3145-0456

1Universidade Federal do Ceará – PPGEM – Campus do Pici, Bloco 714, CEP: 60.455-900, Fortaleza, Ceará, Brasil

2Núcleo de Tecnologia Industrial do Ceará – Larbio/NUTEC, Pici, CEP: 60.440-552, Fortaleza, Ceará, Brasil

3Universidade Federal do Piauí – LIMAV/UFPI, Campus Ministro Petrônio Portela, CEP: 64049-550, Teresina, Piauí, Brasil

4Universidade Federal do Ceará – GRINTEQUI/DEM/CT – Campus do Pici, Bloco 714, CEP: 60455-760, Fortaleza, Ceará, Brasil


RESUMO

A carnaúba (Copernicia prunifera) é uma espécie vegetal comum no Nordeste do Brasil e possui grande importância comercial no que se refere a exploração/exportação da cera extraída de suas folhas. Assim, visando o pleno aproveitamento dos resíduos gerados na cadeia produtiva da carnaúba, neste trabalho é apresentada a caracterização da palha e do talo “in natura”, bem como pós densificação (produção de briquetes), com o objetivo de investigar a possível aplicação como biocombustíveis. A metodologia experimental envolveu a determinação dos teores de umidade, cinzas, voláteis, carbono fixo, poder calorífico superior, ensaios de resistência ao impacto, compressão diametral e termogravimetria. A análise elementar (CHNS/O) também foi realizada. Com relação ao teor de voláteis os valores obtidos foram 70,89% e 81,12% para a palha e o talo in natura e 70,02% e 80,41%, para os briquetes de palha e talo. Para carbono fixo obteve-se 19,98% e 16,08 % para a palha e o talo in natura e 20,9% e 16,8%, para os briquetes de palha e talo, respectivamente. Quanto ao conteúdo energético, a palha in natura obteve poder calorífico superior da ordem de 17,51 MJ/kg e o talo in natura 17,29 MJ/kg. No que se refere a densidade energética, a produção dos briquetes proporcional aumentos da ordem de 328,9% (2,98 para 12,78 kJ/cm3) para a palha e de 292% (2,89 para 11,33 kJ/cm3) para o talo. Quanto ao ensaio de resistência mecânica, o briquete de palha apresentou uma resistência de 0,1 MPa e o briquete de talo de 0,3 MPa. Diante do exposto, pode-se inferir que a palha e o talo de carnaúba possuem potencial para utilização como biocombustíveis.

Palavras-chave Carnaúba; Caracterização; Briquete; Poder Calorífico Superior

ABSTRACT

The carnauba (Copernicia prunifera) is a common plant species in Northeast Brazil and has a great commercial importance due to exploration/exportation of the wax extracted from its leaves. Therefore, aiming the use of the residues derived from carnauba's production chain, this work shows the characterization of the stalk and straw "in natura", and after densification (briquettes production), with the aim to investigate the possible application as biofuels. The analyses involved the determination of moisture, ash, volatile matter, fixed carbon, gross calorific value, impact resistance, diametrical compression, and thermogravimetry. Elemental analysis (CHNS/O) was also performed. In relation to the volatile matter the carnauba's straw and stalk "in natura" obtained 70.89% and 81.12% while carnauba briquettes of straw and stalk showed 70.02% and 80.41%, respectively. For the fixed carbon - a calculated value - the results were 19.98% for the straw and 16.08% for the stalk. After briquettes production were obtained 20.9% and 16.8% for the straw and the stalk, respectively. In relation to the gross calorific value, the carnauba's straw and stalk "in natura" obtained 17.51 MJ/kg and 17.29 MJ/kg. For the energetic density, briquettes' production provided an increase of 328.9% (2.98 to 12.78 kJ/cm3) for the straw and 292% (2.89 to 11.33 kJ/cm3) for the stalk. The mechanical resistance test for the carnauba's straw briquette showed 0.1 MPa and the carnauba's stalk briquette showed 0.3 MPa. According to the results, it can be inferred that the carnauba's straw and stalk have the potential for use as biofuels.

Keywords Carnauba; Characterization; Briquette; Gross Calorific Value

1. INTRODUÇÃO

A matriz energética utilizada no mundo globalizado depende, em grande parte, de fontes de energia de origem fóssil, o que pode ocasionar contaminação do ambiente e geração de gases de efeito estufa (GEE) [1]. A crise relacionada a produção de petróleo que ocorreu na década de 70, motivou alguns países que possuíam forte dependência de combustíveis fósseis a aumentar o interesse por fontes renováveis, diversificando os meios de obtenção de energia para transformação, distribuição e consumo em processos produtivos [2]. O Brasil é um dos países que apresenta condição bastante favorável, em relação ao resto do mundo, no que diz respeito ao potencial de geração de energia renovável [1].

Em se tratando de fontes renováveis, uma das formas de energia que pode ser vastamente utilizada no Brasil é a oriunda da biomassa. A biomassa pode ser definida como todo tipo de matéria de origem orgânica, oriunda de plantas como árvores, algas e restos de culturas agrícolas [3].

Dentro desse cenário tem-se a carnaúba (Copernicia prunifera), a qual é um tipo de palmeira que existe em abundância em grande parte do nordeste do Brasil, inclusive no estado do Ceará, que é um dos estados que mais produz cera de carnaúba em todo o país. Esta árvore é utilizada, principalmente, para a extração da cera – seu produto mais nobre –, mas também é utilizada no artesanato, construção civil e outras aplicações comerciais. Após a retirada da cera, o material restante é denominado de palha de carnaúba ou bagana [4].

Assim, diante do crescente interesse pela obtenção de energia a partir da biomassa e, de potenciais resíduos agroindustriais que ainda são subaproveitados, tem-se a realização da caracterização da biomassa como uma das principais etapas para a investigação do potencial energético. A obtenção de informações sobre as propriedades físicas, análise imediata (teor de umidade, matéria volátil, cinzas e carbono fixo), análise elementar, a qual determina os elementos químicos presentes, e poder calorífico são imprescindíveis para indicação de um material como combustível [5,6].

A utilização da biomassa como fonte de energia pode ser melhor aproveitada por meio da utilização do processo de produção de briquetes. O processo briquetagem teve seu início na China e na Inglaterra, no qual se aglomerava de forma manual as partículas, com o uso de substâncias aglomerantes. Entretanto, foi na França por volta de 1842, que se começou a comercializar os briquetes. Atualmente, a produção de briquetes é realizada em grande escala, em vários países, com destaque para os Estados Unidos, Europa e Sudeste Asiático [7].

Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial energético do talo e da palha de carnaúba (pós extração da cera), por meio da caracterização dessas biomassas, utilizando as técnicas de análise elementar, análise imediata, análise termogravimétrica, determinação do poder calorífico superior, ensaios mecânicos de compressão diametral e resistência ao impacto, a fim de avaliar sua resistência mecâni-ca para transporte e armazenamento, além da avaliação da viabilidade técnica da transformação em briquetes.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Amostras

As análises foram realizadas no Laboratório de Referência em Biocombustíveis Professor Expedito Parente (LARBIO), pertencente a Fundação Núcleo de Tecnologia Industrial do Ceará (NUTEC), localizado em Fortaleza-CE. As amostras de palha e o talo de carnaúba (Figura 1) foram coletadas na cidade de Morrinhos-CE, em outubro de 2016. Após coletadas, as amostras foram acondicionadas em um container, localizado no NUTEC, sob temperatura ambiente e proteção contra radiação solar direta e/ou chuva. Para realização das análises os materiais – palha e talo – foram triturados e peneirados (peneira Granutest de 4 mm) e posteriormente, mantidos em sacos plásticos lacrados.

Figura 1 Amostras de talo e palha de carnaúba. 

2.2 Briquetagem

Os briquetes foram produzidos com o auxílio de uma prensa hidráulica Marcon MPH-15 (Figura 2A) e um molde cilíndrico em aço inox, aplicando-se uma força de 7,5 toneladas, adquirindo-se uma pressão de 37,5 MPa, com um tempo de repouso de aproximadamente 10 minutos. O molde cilíndrico possui 5 cm de diâmetro interno e é composto por um cilindro de compressão, um tubo para acomodação da biomassa e uma base de fixação (Figura 2B). Foram produzidos briquetes de palha, talo e de uma mistura constituída de 50% de palha e 50% de talo. Os experimentos foram realizados em quadruplicata.

Figura 2 Prensa hidráulica (Figura 2A) e molde cilíndrico em aço inox (Figura 2B) utilizados para a produção dos briquetes. 

2.3 Análise elementar

Com a análise elementar obteve os teores de carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N), enxofre (S) e oxigênio (O), utilizou-se o procedimento previsto na norma ASTM D3176-15 [8] e o equipamento Perkin Elmer modelo 2400 Series II CHNS/O Elemental Analyzer, operando na configuração de CHNS [9]. A análise foi realizada no Laboratório de Biomassa da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), unidade de Fortaleza.

2.3 Análise imediata

Foram utilizados os procedimentos descritos na norma NBR 8112 [10] para o teor de umidade, voláteis e carbono fixo e o procedimento descrito na norma NBR 13999 [11], para a obtenção do teor de cinzas. As análises foram realizadas em quadruplicata.

2.4 Poder calorífico

Verificou-se o Poder Calorífico Superior (PCS) de cada material de acordo com a NBR 8633 [12], utilizando-se um calorímetro IKA C1. As análises foram realizadas em quadruplicata. Para obtenção do poder calorífico inferior (PCI) foi utilizada a equação descrita por BRITO [13], a qual considera a quantidade percentual de hidrogênio presente na amostra. O PCI foi calculado de acordo com a Equação 1.

PCI =PCS - 600·9H100 (1)

Na qual: PCI = Poder Calorífico Inferior (MJ/kg); PCI = Po-der Ca-lorífico Superior (MJ/kg) e H = teor de hidrogênio da amostra.

2.5 Densidades a granel e aparente

Para determinação da densidade a granel utilizou-se a NBR 3852 [14], com adaptações. Após compactação, determinou-se a densidade aparente de acordo com a NBR 2420 [15].

2.6 Compressão diametral

Os ensaios mecânicos dos briquetes produzidos foram realizados no equipamento EMIC de modelo DL 30000N. Foi realizada a avaliação da resistência à tração por compressão diametral, utilizando-se uma célula de carga com capacidade de 500 kgf e velocidade de ensaio de 0,3 mm/s, conforme a norma NBR 7222 [16].

2.7 Resistência ao impacto

Com o objetivo de avaliar a resistência dos briquetes de palha, talo e da mistura ao impacto, foi realizado um ensaio baseado no experimento desenvolvido por Távora e Aguiar [17, 18]. As amostras foram pesadas antes e após o experimento. O aglomerado compactado de maior massa foi considerado o que restou do briquete após o teste. Foi utilizada a Equação 2 para calcular a perda de massa percentual [17].

%Perda = mfinalminicial·100 (2)

Na qual: %Perda = Percentual de perda de massa; mfinal = massa final (g) e minicial = massa inicial (g).

2.8 Análise termogravimétrica

A análise termogravimétrica (TG) foi realizada no Laboratório do Núcleo Interdisciplinar de Materiais Avançados (LIMAV), da Universidade Federal do Piauí, localizado em Teresina-PI. Foi utilizado o analisador termogravimétrico modelo SDT Q600. Os experimentos foram realizados de acordo com os seguintes parâmetros: massa de amostra de 5 a 6 mg; faixa de temperatura entre 30 e 1000 °C; fluxo de argônio com vazão de 50 mL/min e taxa de aquecimento de 10 °C/min.

2.9 Análise estatística

Todas as análises foram realizadas em quadruplicata e tiveram como medida de dispersão estatística o desvio padrão (σ). As médias obtidas foram submetidas ao teste t de Student com significância de 95 %. O teste consiste em calcular os valores de t a partir da combinação dos valores de uma mesma propriedade, antes e após o processo de briquetagem. O valor de t pode ser calculado por meio do erro padrão de diferenças de média e da diferença das médias em si. O erro padrão da diferença de médias pode ser calculado pela Equação 3 e, com isso, o valor de t para as diferenças entre as duas distribuições é calculado pela Equação 4.

SD=xi-xA2+xi-xB2NA+nB-21NA+1NB (3)
t=xA-xBSD (4)

Na qual: sD = erro padrão de médias; x = variável medida; x = média da variável medida; NA = número de medidas do primeiro conjunto de dados; NB = número de medidas do segundo conjunto de dados.

Compara-se então o valor de t calculado com o valor da tabela t de Student, determinado pelo valor da significância, que é 95 %, e pelo número de graus de liberdade (GL) calculado pela Equação (5). Caso o valor de t calculado pelas distribuições de média seja maior que o determinado pela tabela através dos parâmetros utilizados, então há diferenças entre as médias, caso seja menor, então não há diferenças entre as médias.

GL = NA + NB-2 (5)

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 ANÁLISE ELEMENTAR

Na Tabela 1 estão apresentados os resultados da análise elementar do talo e da palha de carnaúba na forma in natura.

Tabela 1 Resultados da análise elementar para o talo e a palha de carnaúba na forma in natura. 

Biomassa C (%) H (%) N (%) S (%) O (%)
Palha 39,40 4,76 2,66 2,34 47,61
Talo 44,03 5,14 1,35 1,87 50,84

De acordo com os resultados, pode-se inferir que a palha de carnaúba apresenta um menor percentual de carbono, hidrogênio e oxigênio em relação ao talo. No estudo de Tavares e Santos [20] a palha de carnaúba apresentou um percentual de carbono de 40,4 %, hidrogênio de 5,61 % e nitrogênio de 1,72 %. Os valores indicados por este pesquisador estão próximos aos valores encontrados neste trabalho. Não foram encontrados na literatura resultados para o talo de carnaúba.

3.2 ANÁLISE IMEDIATA

Na Tabela 2 estão expostos os resultados para as amostras de palha, talo e da mistura composta de 50% de palha e 50% de talo, na forma in natura e de briquetes (Figura 3).

Tabela 2 Análise imediata para a palha, talo e mistura nas formas in natura e de briquetes. 

Análise Imediata Biomassa
Palha Talo *Mistura
in natura briquete in natura briquete in natura briquete
Teor de Umidade (%) 11,76 ± 0,5 9,34 ± 0,7 11,60 ± 0,5 9,96 ± 0,5 11,45 ± 0,2 9,3 ± 0,9
Teor de Cinzas (%) 9,13 ± 0,7 8,99 ± 0,5 2,8 ± 0,2 2,75 ± 0,3 7,3 ± 0,5 7,17 ± 0,2
Teor de Voláteis (%) 70,9 ± 0,8 70,0 ± 1,1 81,12 ± 1,1 80,41 ± 1,1 73,7 ± 0,7 74,5 ± 1,7
Carbono Fixo (%) 19,98 ± 0,9 20,9 ± 1,0 16,1 ± 1,0 16,8 ± 1,0 19,04 ± 1,1 18,4 ± 1,8

*Composta de 50% de palha e 50% de talo.

Figura 3 Briquetes da mistura (A), talo (B) e palha de carnaúba (C) 

No estudo de Tavares & Santos [20] a palha de carnaúba apresentou um teor de voláteis (TV) de 89,42 %, já para Bizerra [21] este teor foi de 75,77 %, entretanto, neste estudo o teor apresentou uma média de 70,89 %, valor próximo ao mencionado por Bizerra. Para as amostras talo e mistura (50% de palha e 50% de talo), os valores encontrados para o teor de voláteis foram 81,12 e 73,7 %, respectivamente. No entanto, comparando com outras biomassas, como por exemplo o bagaço de cana-de-açúcar, segundo Ponte [22] o TV foi de 69%. No caso da casca de Licuri, estudada por Scalet [19] o TV foi 75,73%. Isto mostra que os valores obtidos para a palha, o talo e a mistura corroboram com outras biomassas que foram estudadas como possíveis fontes de energia térmica.

Para Tavares & Santos [20], a palha contém 9,74 % de teor de cinzas (TC), neste estudo, o valor mé-dio foi de 9,13 %, com variação entre 8,34 e 9,93%. Ferreira et al.[23] encontraram um teor médio de cinzas de 5,2%. Para as amostras talo e mistura os valores encontrados para o teor de cinzas foram 2,8 e 7,3%, respectivamente. Com relação a outras biomassas, segundo Ponte [22] o bagaço de cana possui um teor de cinzas de 15,4 % e de acordo com Nogueira [24], a casca de arroz possui um TC de 20,6 %. Os teores de cinzas obtidos neste trabalho apresentaram-se com valores reduzidos, o que significa resultados promissores para possíveis combustíveis, pois quanto menor o TC, menor o dano que pode ser causado em dutos e componentes do sistema [25].

No que se refere ao teor de umidade, Quirino [26] recomenda que para materiais que serão utilizados como combustível este parâmetro deva variar entre 8 e 12%, o que é observado nas biomassas analisadas, tornando-os atrativos para queima. O teor de umidade médio encontrado na palha foi de 11,76 %, Tavares & Santos [20] encontraram 9,98 %. Segundo Marques [27] o teor de umidade da palha foi de 7,83 %.

O briquete de palha de carnaúba apresentou um teor médio de voláteis (TV) de 70,0 %. Para os briquetes de talo e mistura (50% de palha e 50% de talo) os valores encontrados para TV foram 80,41 e 74,5 %, respectivamente. O teor de cinzas para o briquete de palha foi de 8,99 %. Para as amostras de talo e mistura os teores de cinzas foram 2,75 % e 7,17 %, respectivamente. O teor de Carbono Fixo presente no briquete de palha teve uma média de 20,9 %. O talo e a mistura apresentaram valores de carbono fixo de 16,8 e 18,4 %, respectivamente.

3.3 Análise energética

A densidade do briquete de palha de carnaúba foi de 0,72 ± 0,01 g/cm3, resultado próximo ao observado para o briquete de talo (0,65 ± 0,02 g/cm3). Em comparação com outra biomassa, Scalet [19] reportou a densidade da casca de Licuri de 0,387 g/cm3, assim, as densidades da palha e talo são consideravelmente superiores. Com relação ao potencial energético, a multiplicação da densidade pelo poder calorífico superior (PCS) e inferior (PCI) proporciona a obtenção da densidade energética (DE), parâmetro importante na indicação de potenciais combustíveis. Na Tabela 3 estão apresentados os dados da análise energética para a palha, talo e mistura.

Tabela 3 Análise energética da palha, talo e mistura nas formas in natura e de briquetes. 

Parâmetros Biomassa
Palha Talo Mistura
in natura briquete in natura briquete in natura briquete
Densidade (g/cm3) 0,17 ± 0,02 0,72 ± 0,01 0,17 ± 0,02 0,65 ± 0,02 0,16 ± 0,01 0,68 ± 0,01
PCS (MJ/kg) 17,51 ± 0,1 17,76 ± 0,1 17,29 ± 0,1 17,44 ± 0,1 17,26 ± 0,1 17,6 ± 0,1
PCI (MJ/kg) 16,44 ± 0,1 16,69 ± 0,1 16,21 ± 0,1 16,38 ± 0,1 16,18 ± 0,1 16,49 ± 0,1
*DE (PCS) (kJ/cm3) 2,98 ± 0,01 12,78 ± 0,01 2,89 ± 0,01 11,33 ± 0,01 2,79 ± 0,01 11,98 ± 0,01
**DE (PCI) (kJ/cm3) 2,79 ± 0,01 12,02 ± 0,01 2,76 ± 0,01 10,65 ± 0,01 2,59 ± 0,02 11,21 ± 0,02

*DE (PCS) = densidade energética a partir do poder calorífico superior

**DE (PCI) = densidade energética a partir do poder calorífico inferior

De acordo com os resultados, a palha de carnaúba após compactação – produção do briquete – apresentou um aumento de 2,98 kJ/cm3 para 12,78 kJ/cm3, representando uma variação de 328,86 %, enquanto o talo obteve um aumento de 2,89 kJ/cm3 para 11,33kJ/cm3 (variação de 292,04%). A mistura composta de 50% de palha e 50% de talo também apresentou um aumento expressivo em sua densidade energética, da ordem de 2,79 kJ/cm3 para 11,98 kJ/cm3 (variação de 329,39%). Em comparação com outra biomassa, o briquete de bagaço de cana-de-açúcar apresentou densidade energética de 13,22 kJ/cm3 [22], a qual representa um aumento de 955% em relação ao bagaço de cana in natura. Assim, pode-se inferir que o processo de briquetagem aumenta a densidade energética de uma biomassa, em decorrência da compactação do material e consequente redução do volume ocupado [19, 26, 27]. Na Figura 4 estão apresentados os dados de PCI e PCS para a palha, talo e blenda (= mistura) nas formas in natura e de briquetes.

Figura 4 PCS e PCI para a palha, talo e blenda (= mistura) nas formas in natura e de briquetes. 

3.4 Análise Mecânica

Na Tabela 4 estão representados os resultados da análise mecânica para os briquetes de palha, talo e mistura (50% de palha e 50% de talo).

Tabela 4 Resultados da análise mecânica para os briquetes de palha, talo e mistura. 

Biomassa Força de ruptura (N) Tensão de Ruptura (MPa) *Nemp **Hemp (m) ***(%) Perda
Palha 147,3 ± 69,4 0,1 ± 0,03 904 ± 60 46,3 ± 3,1 50,5 ± 3,5
Talo 907,2 ± 138,7 0,3 ± 0,05 1011±16 51,6 ± 0,6 1,9 ± 0,6
Mistura 510,1 ± 103,5 0,2 ± 0,03 958 ± 30 49,0 ± 1,6 39,9 ± 1,5

*Nemp = Número de briquetes empilhados obtidos a partir da avaliação da resistência mecânica dos briquetes.

**Hemp = altura de empilhamento obtida a partir da avaliação do Nemp.

***(%) Perda = perda de massa pós ensaio de resistência ao impacto.

Na Figura 4 está apresentado o briquete de palha de carnaúba antes (A) e após (B) o ensaio de com-pressão diametral.

Figura 5 Briquete de palha de carnaúba antes (A) e após (B) o ensaio de compressão diametral. 

A palha de carnaúba apresentou a menor resistência mecânica (0,1 MPa) e uma altura de empilhamento (Hemp) de 46,3 m. O talo apresentou a maior resistência mecânica (0,3 MPa) e altura máxima de empilhamento de 51,6 m. Já a mistura, apresentou resistência mecânica de 0,2 MPa e altura máxima de empilhamento de 49,0 m. Na Figura 5 estão apresentados os briquetes da mistura (A), do talo (B) e da palha (C) pós ensaio de compressão diametral.

Figura 6 Briquetes da mistura (A), do talo (B) e da palha (C) pós ensaio de compressão diametral.diametral. 

No que se refere ao ensaio de resistência ao impacto, o briquete de palha de carnaúba apresentou perda de 50,5%, a qual foi inferior ao resultado observado por Padilla et al. [28] para a palha de cana-de-açúcar (89,9%). Tal diferença pode ser justificada pela diferença granulométrica das partículas utilizadas na produção dos briquetes, bem como nas características químicas de cada biomassa. Os briquetes de talo foram os que apresentaram menor perda de massa dentre os três materiais avaliados (1,9 %). O fator de maior influência para esse comportamento foi, provavelmente, o perfil alongado da matéria-prima, que proporciona maior entrelaçamento das fibras.

Comparando os resultados com os de outras biomassas, os briquetes de casca de Licuri obtiveram perda de 68,3% [16] e os briquetes de serragem de eucalipto perdas variando entre 8 e 32%, de acordo com o estudo de Gonçalves et al. [29]. Constata-se assim, que os briquetes de palha e talo de carnaúba apresentam uma boa resistência ao impacto, com destaque para o talo que obteve uma perda menor que 2%, Figura 6.

Figura 7 Briquete de talo de carnaúba antes (A) e após (B) o ensaio de resistência ao impacto. 

3.5 Análise termogravimétrica

Na Figura 7 estão apresentadas as curvas da análise termogravimétrica (TG) e a derivada (DTG) para a palha e talo de carnaúba in natura.

Figura 8 Curvas TG-DTG para a palha e o talo de carnaúba in natura

Na curva TG para a palha de carnaúba estão representados 4 eventos. Para o primeiro evento (A), a perda de massa ocorre entre as temperaturas 50 e 140 °C, associado a perda de umidade. Entre as temperaturas de 200 e 600 °C ocorrem os eventos B, C e D, para os quais tem-se uma perda de massa acentuada, a qual está associada aos materiais voláteis presentes na amostra e a degradação térmica da celulose, hemicelulose e lignina, os quais se degradam quando submetidas a temperaturas superiores a 220 ºC [9]. Na análise da derivada primeira (DTG) obteve-se as temperaturas de pico para cada evento: 74 °C (A), 275 °C (B), 351 °C (C) e 419 ºC (B). Na Tabela 5 estão os resultados da análise termogravimétrica para a palha e talo de carnaúba in natura.

Tabela 5 Resultados da análise termogravimétrica para a palha e talo de carnaúba in natura. 

Biomassa Evento (A) Eventos (B, C e D) Resíduo
ΔT (°C) Perda em massa (%) ΔT (°C) Perda em massa (%) ΔT (°C) Perda em massa (%)
Palha 50 - 140 5 200 - 600 65 600 - 1000 20
Talo 50 - 150 5 200 - 600 68 600 - 1000 20

De acordo com os dados apresentados na Figura 7 e Tabela 5, o primeiro evento térmico para as bio-massas avaliadas ocorreu entre 50 e 150 °C, associado a perda de umidade. Entre as temperaturas de 200 e 600 °C ocorreu uma perda de massa acentuada, a qual representa a perda de materiais voláteis e a degradação térmica da celulose, hemicelulose e lignina. Para o talo de carnaúba o primeiro evento ocorreu entre 50 e 150 °C, também associado a perda de água. Entre as temperaturas de 200 e 600 °C ocorreu uma perda de massa significativa associada a perda de materiais voláteis. Os três eventos da curva DTG para o talo apre-sentaram temperaturas de pico de 80,5 °C (A), 271,4 °C (B) e 338,5 °C (C).

3.6 Análise estatística

Na Tabela 6 estão apresentados os resultados da análise imediata juntamente com os valores dos parâmetros estatísticos de média, variância, desvio padrão, erro padrão e o valor t obtido para o Teste estatístico t de Student. O valor de t máximo obtido pela tabela t de Student para que não haja diferença entre as médias foi de 2,447.

Tabela 6 Resultados da análise estatística para a análise imediata das biomassas avaliadas. 

Biomassa Resultado TU (%) TV (%) TC (%) CF (%)
in natura Briquete in natura Briquete in natura Briquete in natura Briquete
Palha Média 11,76 9,34 70,89 70,02 9,13 9,00 19,98 20,98
Variância 0,26 0,42 0,59 1,15 0,49 0,29 1,07 1,36
σ 0,51 0,65 0,76 1,07 0,70 0,54 1,04 1,17
Erro
padrão
0,41 0,66 0,44 0,78
Teste t 5,88 1,33 0,30 1,29
Talo Média 11,60 9,96 81,12 80,41 2,80 2,75 16,08 16,84
Variância 0,21 0,28 1,26 1,30 0,03 0,08 1,16 0,94
σ 0,46 0,53 1,12 1,14 0,17 0,28 1,08 0,97
Erro
padrão
0,35 0,80 0,16 0,73
Teste t 4,68 0,88 0,32 1,04
*Mistura Média 11,45 9,30 73,65 74,46 7,31 7,17 19,04 18,37
Variância 0,04 0,80 0,47 2,85 0,00 0,00 1,30 3,27
σ 0,21 0,90 0,69 1,69 0,55 0,16 1,14 1,81
Erro
padrão
0,46 0,91 0,29 1,07
Teste t 4,68 0,88 0,49 0,62

*Composta de 50% de palha e 50% de talo.

Em relação ao teor de umidade para a palha, talo e mistura obteve-se valores de t de Student considerando uma significância de 95%. Estes resultados indicam hipótese nula, na qual considera os resultados para as médias iguais e esta deve ser descartada, ou seja, deve-se admitir hipótese alternativa, onde pelo menos uma média difere, pois, o valor de t encontrado foi maior que o limite que era de 2,447. Isto significa que existem indícios estatísticos de que o processo de briquetagem altera significativamente o teor de umidade das biomassas analisadas.

Os resultados obtidos para o Teste t de Student para os teores de voláteis, cinzas e carbono fixo foram valores abaixo de 2 e pela Tabela t de Student, estes valores estão contidos no intervalo de t para uma significância de 95%, com 6 graus de liberdade, portanto, os valores calculados de t para a diferença entre as médias foi menor que 2,447. Pode-se concluir assim que a hipótese nula pode ser aceita, ou seja, as médias para as amostras in natura e para os briquetes são iguais, ou seja, de acordo com os indícios estatísticos o processo de briquetagem não altera as referidas propriedades.

Logo, pode-se dizer que o processo de briquetagem alterou, estatisticamente, apenas a umidade em comparação à biomassa in natura para as três amostras (palha, talo e mistura). Constatou-se, portanto, uma diminuição dos valores de umidade após o processo de briquetagem e, para as propriedades TV, TC e CF não houve alteração.

6. CONCLUSÕES

A palha in natura apresentou um PCS de 17,51 MJ/kg enquanto o talo e a mistura apresentaram um PCS de 17,29 MJ/kg e 17,26 MJ/kg, respectivamente. O processo de densificação (produção de briquetes) melhorou significativamente as propriedades da biomassa estudada. Após o processo de densificação do material o teor de umidade da palha diminuiu de 11,76 % para 9,34 %, o do talo diminui de 12,97 % para 7,49 %, enquanto que para o briquete da mistura a redução foi de 11,32 % para 8,56 %. Com relação a densidade energética do briquete de palha foi constatado um aumento de 2,98 – palha in natura – para 12,78 kJ/cm3, com resistência mecânica de 0,1 MPa. O talo variou de 2,89 para 11,33 kJ/cm3, com uma resistência mecânica de 0,3 MPa e a mistura variou de 2,79 para 11,98 kJ/cm3, com resistência de 0,2 MPa. De acordo com os dados estatísticos pode-se inferir que o processo de briquetagem alterou significativamente a umidade, quando comparado com a biomassa in natura, para as três amostras (palha, talo e mistura). Diante dos resultados obtidos no presente estudo pode-se concluir que, os resíduos obtidos do processo de produção da cera de carnaúba – palha e talo – possuem potencial para aplicação como biocombustíveis.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq (Processos 406697/2013-2 e 459355/2014-7) e a CAPES pelo apoio financeiro e ao Dr. Adriano Lincoln Albuquerque Mattos pelos ensaios mecânicos.

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