Relações entre as propriedades físicas de combustíveis sólidos e sua reatividade

Pós-graduação em Física - IGCE

O objetivo deste trabalho é estudar a influência das propriedades físicas das amostras, na queima de combustíveis sólidos com particular interesse na queima de carvões de origem vegetal. Apresenta-se brevemente a importância de algumas propriedades físicas como densidade, área específica e porosidade e de propriedades químicas como composição de carbono fixo, matéria volátil e cinzas; que podem influenciar a reatividade dos combustíveis sólidos. Faz-se a simulação dos valores de emissividade para amostras de grafite e carvões vegetais. Os cálculos foram realizados a partir de dados experimentais anteriores (SANTOS, 1991), na condição de equilíbrio térmico no regime de controle difusional. Os resultados calculados suportam a ideia de que combustíveis sólidos mais reativos no regime de controle difusional, apresentam menores valores de emissividade. Para os objetivos deste trabalho, adotou-se a temperatura de ignição (Ti) das amostras de carvão vegetal, obtidas por testes de TGA, como padrão comparativo de reatividade. A comparação das medidas de caracterização físico-química das amostras, com a Ti; mostra que a porosidade, área especifica (inferida da porosidade e dos histogramas de poros), tem menor influência sobre a reatividade que a concentração de matéria mineral (cinzas) das amostras. Referenciando-se ao clássico gráfico de Arrhenius, e lembrando que a Ti é determinada no regime de controle cinético, esses resultados evidenciam a importância da matéria mineral no controle cinético da queima. Um dos objetivos iniciais desse trabalho: o estudo da emissividade como parâmetro importante no controle difusional da queima, ficou prejudicado pelo fato de seu valor ser ao mesmo tempo, função da temperatura e da composição das amostras. A matéria mineral das amostras apresenta sempre valores de emissividade menores que a do carbono...

The purpose of this work is to study the influence of physicals properties of solid fuels samples on burning, mainly of biomass fixed carbon. We succinctly present the importance of certain physical properties such as density, surface area and porosity, and some chemical features such as composition of fixed carbon, volatile matter and ash, which can influence the reactivity of the solid fuels. We show a graphic simulation of graphite and charcoals emissivity, calculated from the condition of thermal equilibrium in the diffusion control regime. The results, computed from experimental data, support the idea that more reactive solid fuel, in the diffusion control regime, have lower emissivity values. For purposes of this study, we adopt the ignition temperature (Ti) of charcoal samples, obtained by TGA, as a comparative pattern of reactivity. A comparison of measurements of physic-chemical characterization of samples with Ti, shows that porosity and specific area (inferred from porosity and pore histogram) has less influence on the reactivity than the concentration of mineral matter (ash) from samples. From the classical Arrhenius plot, and noting that the Ti, is determined in the kinetic control regime, these results highlight the importance of mineral matter in the kinetic control of burning. One of the initial goals of this work, namely the study of the emissivity as an important parameter in controlling the solid fuel burning, was hampered due the fact that emissivity is simultaneously a function of temperature and sample composition. The mineral content of the samples shows in all cases, emissivity values lower than those of carbon, which is consistent with the calculations of samples emissivity. It was not possible to make emissivity measurements at high temperature condition necessary for the diffusional control regime. It will be necessary and interesting to make emissivity... (Complete abstract click electronic access below)