Combustão da madeira

1.5 – Combustão da madeira
1.5.1 – Características da biomassa
Os componentes da biomassa incluem a celulose, hemi-celuloses, lenhina, lípidos, proteínas, açucares simples, amido, água, hidrocarbonetos, cinzas e outros compostos. A concentração de cada classe depende da espécie, tipo de tecido, estado de crescimento e condições de crescimento. A celulose é um hidrato de carbono de cadeia longa não ramificada constituída por unidades -D-glucose, celobiose e com ligações glicosídicas 1-4 (Jenkins et al., 1996), com composição elementar C6H10O5
As hemi-celuloses são polissacáridos de composição variável, incluindo monossacáridos de 5 e 6 átomos de carbono. A sua estrutura é muito semelhante à da celulose, no entanto, é mais curta e apresenta mais ramificações (Sheng and Azevedo, 2001). A lenhina é um polímero irregular, ramificado, de unidades de fenilpropano unidas por ligações carbono-carbono e ligações éter (Jenkins et al., 1996)
C-30 a 60% da ms
O-
H-5-6%
N-S-Cl-<1% agentes poluidores,NO e NO3 Cd-Ch-Zn-Cr-Cu Em alguns resíduos de biomassa provenientes da agricultura, como é o caso da palha dos cereais e a casca de arroz, a sílica é o terceiro maior componente, atingindo teores até 10-15% da matéria seca (Jenkins et al., 1996). As características que afectam a combustão da biomassa podem dividir-se em dois tipos principais (Kanury, 1994):  Termoquímicas: entre as características mais importantes encontram-se a entalpia da reacção de combustão, a temperatura de combustão, a energia de activação (Tabarés et al., 2000) e o teor em cinzas. Estas características são influenciadas pelas propriedades dos combustíveis (análise próxima, teor de humidade, minerais, etc.) e da instalação de queima;  Taxa de combustão: este factor afecta tanto o processo de combustão no interior da partícula como à sua superfície. Certas propriedades, tais como o tamanho da partícula, condutividade térmica, densidade, calor específico e porosidade são propriedades físicas que afectam os processos internos. Por outro lado, as propriedades que afectam os processos à superfície estão essencialmente relacionadas com a transferência de calor desde o ambiente exterior para a partícula, com a circulação do ar e com a transferência de massa entre os voláteis e o ar. De facto, algumas das características que fazem da biomassa um bom combustível são a facilidade de secagem, elevado poder calorífico, baixa temperatura de ignição, elevado teor em voláteis (Werther et al., 2000), elevada taxa de combustão (Kanury, 1994) e baixa energia de activação (Tabarés et al., 2000). Estas propriedades são influenciadas tanto pelas características do combustível como pelas características da fornalha (Kanury, 1994). Por outro lado, certas características como a humidade, granulometria, densidade e heterogeneidade dos materiais lenhosos irão limitar a eficiência da sua combustão (Kanury, 1994). Outro aspecto importante é o facto de ser praticamente impossível obter uma mistura completamente homogénea entre o combustível e o comburente, sobretudo quanto se entra em conta com o curto espaço de tempo em que ocorre a mistura (Tabarés et al., 2000). De uma forma simples, a reacção global de combustão da biomassa com o ar pode ser representada pela seguinte expressão: onde a composição da biomassa é simplificada, sendo representada como um composto formado por apenas C, H, O, N, S e H2O. Nesta expressão o ar atmosférico é igualmente simplificado, sendo representado por uma mistura binária de N2 e O2 (na proporção N2/O2 = 3.76), desprezando a participação do CO2, vapor de água e gases raros da atmosfera. Nos produtos formados na combustão, foi considerada apenas a formação de CO2, H2O (resultante da evaporação da água e reacção do hidrogénio do combustível), N2, CO, NO e SO2. A medida padrão do teor energético de um combustível é o seu poder calorífico, o qual depende da sua composição química, incluindo o teor de humidade, factor limitante da combustão devido à sua entalpia de evaporação (Jenkins et al., 1996). Verifica-se que os resíduos de biomassa apresentam valores muito diferentes de humidade, enquanto que por exemplo as palhas dos cereais apresentam baixos valores de humidade (~14%), existem outros como o bagaço de azeitona e outros resíduos da agro-indústria com valores cerca de 40-80% de humidade (Dias and Azevedo, 2001). Em alguns estudos realizados, sintetizados na tabela 9, verificou-se que a energia libertada na combustão da biomassa apresenta uma relação muito estreita com a análise elementar (carbono, hidrogénio, azoto e enxofre), análise imediata (cinzas, voláteis e humidade) e com os constituintes lenhosos (celulose, hemi-celulose e lenhina), permitindo realizar estimativas a partir da composição química conhecida. O processo de combustão da biomassa é um pouco mais complexo que outros combustíveis (ex. metano, gasolina, etc.), uma vez que o combustível apresenta uma composição físico-química complexa (Tabarés et al., 2000) e muito variável entre espécies diferentes. .5.2 – Ignição e propagação A combustão da biomassa pode ser caracterizada de uma forma simplificada, considerando que a partícula está a uma temperatura inicial Tinicial, com massa específica 0 e que a dado instante é fornecido um fluxo de energia (q’’incidente) através do aparecimento de chama ou através de uma fonte externa. Nesta situação, as primeiras etapas de aquecimento apenas irão afectar as camadas adjacentes à superfície exposta e quando a superfície atinge uma temperatura suficientemente elevada, a pirólise inicia-se a uma taxa significativa, com difusão dos voláteis até à superfície, misturando-se com o ar. Na primeira fase a seguir à ignição, a superfície da partícula vai sofrer um aumento de temperatura e à medida que a temperatura da câmara aumenta, a superfície externa da partícula recebe energia, por convecção, devido à passagem do ar quente (Ouedraogo et al., 1998). Seguidamente, no interior da partícula a temperatura aumenta devido à transmissão de energia, por condução, a partir da superfície externa mais quente,verificando-se a migração simultânea da humidade no sentido oposto. A secagem ocorre a temperaturas cerca de 50-150ºC (Werther et al., 2000), no entanto, verifica-se na generalidade dos casos que esta é superior à temperatura do início da pirólise, o que significa que pelo menos parcialmente as duas etapas processam-se simultaneamente (figura 3) (Saastamoinen, 1996), especialmente para o caso de partículas de grandes dimensões.