Avaliaçao do potencial energético da biomassa florestal residual na ZIF de Arade-Alte/ São Bartolomeu de Messines

Dissertação de mest., Energias Renováveis e Gestão de Energia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Estudo do comportamento térmico de uma caldeira com ante-fornalha alimentada a biomassa florestal

As caldeiras são equipamentos de extrema importância na maioria das indústrias portuguesas. É prática frequente os projectos de caldeiras possuírem apenas cálculos de materiais ou estruturais, nunca abordando as questões térmicas das mesmas. Neste contexto surge o presente trabalho que teve como principal objectivo estudar e modelar o comportamento térmico de uma caldeira alimentada a biomassa florestal. A caldeira em estudo é uma caldeira tubos de fumo com ante-fornalha, alimentada a biomassa e com pressão de funcionamento de 10 bar. A primeira parte do trabalho consistiu no levantamento de toda a informação relativa aos aspectos construtivos da caldeira e as condições de operação da mesma, através da consulta do seu projecto. O estudo do comportamento térmico da caldeira foi dividido em 2 partes: a modelação do comportamento térmico na ante-fornalha seguido da modelação do comportamento térmico do feixe tubular. Na ante fornalha admitiu-se que o calor seria transferido do gás para as paredes da mesma por convecção e por radiação, tendo-se utilizado o Método de Hottel para modelar a transferência de calor por radiação. No feixe tubular a transferência de calor por radiação foi desprezada, tendo-se considerado apenas transferência de calor por condução e convecção entre os gases quentes e a água. Os resultados obtidos mostram que, na ante-fornalha, o peso da potência transferida por radiação (96%) é muito superior à potência transferida por convecção (4%), tendo-se obtido os valores de 384,8 kW e de 16,0 kW para a potência térmica transferida por radiação e por convecção, respectivamente. O valor obtido para a temperatura dos gases na ante-fornalha foi de 1085 K. No feixe tubular a potência térmica transferida por convecção foi de 2559 kW tendo-se obtido o valor de 240ºC para a temperatura de exaustão dos gases pela chaminé. As perdas para o exterior foram estimadas em 1,5 %. O balanço global de energia à caldeira indicou um peso para a potência transferida por convecção de 86,3% e para a potência transferida por radiação de 13,6%. O rendimento da caldeira foi calculado pelo método das perdas tendo-se obtido o valor de 39%.

Quantificação de poluentes emitidos durante a queima de biomassa florestal em laboratório

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Amostragem de poluentes particulados emitidos pela queima de biomassa em correntes confinadas

It is clear today the ever-accelerating search for new fuels that will eventually replace those that will survive in our society, which are fossil fuels. For this reason, a fuel used since the dawn of humanity and much studied since then, considered the generator of clean, renewable energy, can earn more and more space in the power generation sector, which is biomass. We performed two experiments with two different types of biomass, one from the Amazon rainforest and other pine and eucalyptus as waste from the sawmill UNESP Itapeva. In the first experiment, conducted at the Laboratory of Combustion and Propulsion INPE Cachoeira Paulista were conducted three tests in a chimney with a fan creating forced ventilation, where the biomass was burned and deposited on a support beneath the hood. In the second experiment was conducted to analyze the emission of particulate matter using biomass (waste) from the sawmill on the campus of UNESP experimental Itapeva the burning of it in a burner for heating water for a wood oven. In these experiments we used a particle called DATARAM4 sampler that is capable of sampling both outdoors and inside of pipelines, which is the focus of this work. With this equipment it was possible to measure the concentration of particulate matter in all the firings as above, and compare them to levels acceptable in the current law, always trying to analyze the so-called fine particles, which are those with diameters less than 2.5 μm. Using data obtained from the equipment was also possible to evaluate the diametral distribution of particulate matter in question, and verify which phases of the flares in the concentration and the diameters of the particles are the most critical. In this work we concluded that in all firings conducted concentrations of particulate matter were higher than that allowed by the law, and the diameters were found that are more harmful to human health

Caracterização físico-química da biomassa produzida em sistemas florestais de curta rotação para geração de energia

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Avaliação de um sistema florestal de curta rotação de Eucalyptus spp. em função da desbrota e adubação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Quantificação de biomassa e carbono da parte aérea em uma área de Mata Atlântica, na Serra da Cantareira, São Paulo

A atividade humana tem contribuído com as emissões de gases de efeito estufa (GEE) associadas, principalmente, com queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra. Assim, se faz necessário que sejam adotadas medidas visando o retardamento dos efeitos das mudanças climáticas. As florestas exercem papel essencial no balanço de carbono principalmente por funcionarem como sumidouros de CO2. Por outro lado, se desmatadas, promovem emissões e liberam parte do carbono estocado. A quantidade de biomassa florestal e o teor de carbono podem variar em função do tipo florestal, bem como de sua localização. Entretanto, fator importante diz respeito à confiabilidade dos dados mensurados neste tipo de pesquisa. A biomassa e o carbono da parte aérea podem ser determinados via método destrutivo, ou estimados via método não destrutivo. A construção do Rodoanel Mário Covas trecho norte e a supressão de uma área de Mata Atlântica possibilitou a realização de estudo de biomassa da parte aérea via método destrutivo. O objetivo deste trabalho foi estudar o tamanho e forma de parcelas, a intensidade amostral, quantificar a biomassa e o carbono na parte aérea, comparar métodos destrutivos e não destrutivos para a quantificação de biomassa e carbono na parte aérea, estudar a variação da densidade básica da madeira das espécies nas diferentes classes de DAP e grupos sucessionais e comparar as medidas de altura total e DAP obtidas a campo no inventário com as medidas coletadas após o corte. O tamanho mais conveniente de parcela foi 400 m 2, com forma retangular e dimensão de 10 x 40 m. A intensidade amostral variou entre 39 e 75 unidades amostrais. A biomassa da parte aérea obtida, via método destrutivo, foi de 188,3 Mg ha-1 e o carbono, 85,1 Mg ha-1. A biomassa estimada por equações alométricas da literatura foi subestimada, quando comparada ao valor real, obtido via método destrutivo. As menores classes de DAP apresentaram as maiores densidades básicas da madeira. A densidade básica foi 0,488 g cm-3 na média das espécies. A porcentagem de carbono contida nos troncos e galhos não diferiu entre as classes de DAP. O teor de carbono foi 45,41%, na média dos troncos e galhos. Espécies pioneiras acumularam maior quantidade de biomassa e carbono nos galhos e apresentaram maior densidade básica que as não pioneiras. A utilização dos dados coletados na fase de inventário e após o corte não afetaram os valores de biomassa estimados.

Valorização da flora de Cusseque e Caiúndo no centro e sul de Angola e avaliação da biomassa lenhosa utilizada para combustível e construção

Tese de mestrado em Biologia da Conservação, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Produção de biomassa e exportação de nutrientes de Eucalyptus grandis e E. urophylla

Scientific research in forest production technology area search techniques that increase production per unit area, with high economic viability and reducing environmental impacts. When dealing with forest plantations, studies are needed in the production of biomass and its nutrient content, and these are data parameters for planning the environmental implications of different intensities of forest harvesting. Given the above, this study aimed to elucidate the production and export of biomass and nutrients for two species of the genus Eucalyptus (E. grandis and E. urophylla) grown in the southwestern region of Parana. For this, it was evaluated: the stock of biomass and nutrients in eucalyptus (wood, bark, branches and leaves) at 60 months of age; the export rate of nutrients; the calorific value and economic viability. The biomass and the largest eucalyptus nutrient stocks are predominantly allocated to the stem (wood + bark). The components of biomass showed different chemical compositions, generally being higher in the leaves and bark and lower in wood and branches components. As for the calorific value, the leaves had its calorific value statistically superior than the other fractions, followed by branches, wood and bark. The organic carbon content (C.O.) is directly connected to the calorific value, and the calorific value increases as its content increase. The wood had the highest nutrient use efficiency values, something highly desirable and of great interest to forestry. The leaves showed smaller nutrient utilization efficiency values, with the exception of Ca and Mg that were smaller in the bark, indicating the importance of maintaining these components in the soil after harvest. The wood fraction presents the biomass lower cost when considering the replacement of nutrients exported by its biomass. On the other hand, the leaf fraction showed NPK higher cost of replacement.

Características do gás durante a gasificação de biomassa em leito fluidizado

Durante os últimos anos, a procura mundial de recursos energéticos renováveis tem sofrido um grande aumento. Neste grupo insere-se a biomassa, cuja conversão termoquímica, principalmente através de tecnologias de combustão e gasificação, é utilizada para a produção de energia térmica e elétrica. No processo de gasificação de biomassa é possível obter um combustível gasoso secundário com variadas aplicações, podendo inclusive servir como substituto do gás natural. No entanto, ao contrário da combustão, esta tecnologia aplicada à biomassa ainda está em fase de demonstração a nível industrial, apresentando algumas limitações em alguns aspetos tecnológicos, entre os quais a qualidade do gás produzido. Neste contexto, e com o objetivo de contribuir para o conhecimento da aplicabilidade desta tecnologia, surge o presente trabalho, onde a caracterização e definição das condições de operação de um gasificador de biomassa, bem como a caracterização do gás produzido foram objeto de estudo. Foi realizado um conjunto de experiências de gasificação direta, num reator de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, com dois tipos de biomassa tipicamente encontrados em Portugal, e para diferentes condições de operação do gasificador, nomeadamente no que diz respeito à razão de equivalência. A biomassa utilizada consistiu em pellets comerciais de madeira e estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro (Pinus pinaster), e resultante de operações florestais em Portugal. Na gama de temperatura do leito aplicada, tipicamente entre 800ºC e 875ºC, o reator funcionou em condições auto térmicas, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma fonte de calor auxiliar externa. Em relação à composição do gás seco durante o processo de gasificação, os gases presentes em maior percentagem (em volume), para as experiências com ambos os tipos de biomassa, são o CO2 e o CO, com o primeiro a registar valores médios entre os 13.4% e os 16%, e o segundo entre 11.3% e 16.3%. Por ordem decrescente de concentração encontra-se o H2, na gama de 5.8% a 12.7%, o CH4 com valores médios entre 2.8% e 4.5%, e o C2H4 com concentrações médias entre 1.0% e 2.2%. Importa referir ainda a ausência de O2 no gás produzido. Verificou-se na concentração de H2, a principal diferença na composição do gás seco relativamente à gasificação dos dois combustíveis utilizados, com valores de concentração inferiores durante a operação com estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro. Nas várias experiências realizadas, e para as condições operatórias utilizadas, observou-se que a razão de equivalência (RE) exerce um efeito significativo na composição do gás, verificando-se, genericamente, que com o aumento da RE a concentração de gases combustíveis diminui. Os valores de Poder Calorífico Inferior (PCI) obtidos para o gás seco produzido encontram-se na gama 3.4-5.6 MJ/Nm3, sendo que os valores mais elevados foram registados no decorrer dos ensaios de gasificação com pellets de madeira. Para ambos os combustíveis, o PCI do gás seco diminui com o aumento da RE.

Estudo de viabilidade para a instalação de uma central piloto para geração de energia elétrica a partir de biomassa na ilha do Príncipe (R.D. de S. Tomé e Príncipe)

O referido projeto tem como objetivo principal a avaliação das capacidades técnicas, económicas e ambientais da ilha do Príncipe (República democrática de S. Tomé e Príncipe) para possibilitar a instalação de uma central piloto (500 kW) de produção de energia elétrica a partir de biomassa captada proveniente de la floresta (resíduos florestais) e campos agrícolas(resíduos agrícolas) com intuito de aumentar a potência total instalada na ilha. S. Tomé e Príncipe é um país subdesenvolvido e partilha de um dos maiores problemas dos países dessa categoria, a precária produção e distribuição da energia elétrica a população. Em S. Tomé e Príncipe estes problemas são derivados a fraca potência instalada e dependência de combustíveis fósseis. Especificamente na ilha do Príncipe, a situação é ainda mais complicada, situação prendesse com o facto de que o transporte de combustível da Ilha de S. Tomé para a ilha do Príncipe não se processar num regime contínuo, devido ao aumento do consumo pela população da Ilha do Príncipe conjugado com a fraca potência instalada e a falta de condições ideais de armazenamento de combustível, o que origina muitas falhas na distribuição de eletricidade ou uma racionalidade na sua distribuição. A racionalidade de distribuição de eletricidade na ilha do Príncipe segue o princípio de fornecimento em momentos de maior necessidade, isto é: horários em que as famílias se encontram juntas em suas casas (18 as 24h), períodos de maior produtividade da ilha (8 as 12h), com interregnos de várias horas na distribuição. Este princípio não respeita instituições como os hospitais onde a necessidade de energia elétrica permanente é uma necessidade. Outra motivação para a elaboração deste projeto é o facto de que a ilha do Príncipe a partir de ano 2012 passou a ser uma reserva da Biosfera da UNESCO. Este facto obrigou obviamente a ilha do Príncipe a ter uma maior preocupação com a sustentabilidade ambiental. Perante essas necessidades, surgiu a necessidade de criação de um projeto que tentasse cobrir as lacunas elétricas da Ilha do Príncipe. O projeto é ambicioso, não só para S. Tomé e Príncipe, mas também para todos os países da região e principalmente aqueles com grande potencialidade em biomassa florestal e agrícola.

Gasificação de biomassa num reator de leito fluidizado à escala piloto

A gasificação de biomassa permite a produção de um gás combustível com capacidade para reduzir o consumo de combustíveis fósseis. Contudo, para promover a utilização deste processo a nível industrial é necessário ultrapassar diversas limitações e elaborar tecnologias de gasificação que sejam mais rentáveis e eficientes. No presente trabalho efetuou-se a gasificação direta com ar, num reator auto-térmico com um leito fluidizado borbulhante, de diferentes tipos de biomassa provenientes da floresta portuguesa, nomeadamente pellets de madeira e diferentes tipos de biomassa florestal residual derivada de eucalipto. A investigação foi realizada numa instalação à escala piloto localizada no Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro. A infraestrutura foi desenvolvida de modo a permitir o estudo do processo de gasificação de biomassa. O reator utilizado apresenta 3 metros de altura, consistindo a câmara de gasificação em 2.25 metros, 0.25 metros de diâmetro interno e uma potência entre 40 e 70 kWth. O leito é composto por areia (partículas com granulometria entre os 355 e 1000 µm) e tem uma altura de 0.23 m. A infraestrutura experimental oferece condições para efetuar a gasificação de biomassa, determinar a composição do gás produzido em termos de CO, CO2, H2, N2, CH4 e C2H4 e efetuar a sua combustão num queimador localizado a jusante do reator. O leito fluidizado operou com temperaturas médias entre os 700 e 850ºC. Para as razões de equivalência estabelecidas, entre 0.17 e 0.36, o gás seco apresentou uma composição que, em termos volumétricos e em função das condições operatórias, variou entre 14.0 a 21.4% CO, 14.2 a 17.5% CO2, 3.6 a 5.8% CH4, 1.3 a 2.4% C2H4, 2.0 a 10.2% H2 e 48.9 a 61.1% N2. A maior concentração de CO, CH4 e C2H4 foi observada durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17, contudo, a maior concentração de H2 foi obtida na gasificação de pellets de madeira com razão de equivalência de 0.25. Tendo em conta a composição gasosa, o poder calorífico inferior do gás seco encontrou-se entre 4.4 e 6.9 MJ/Nm3 e os valores mais elevados foram observados durante os processos de gasificação efetuados com menor razão de equivalência. A produção específica de gás variou entre 1.2 e 2.2 Nm3/kg biomassa bs, a eficiência do gás arrefecido entre 41.1 e 62.6% e a eficiência de conversão de carbono entre 60.0 e 87.5%, encontrando-se na gama dos valores reportados na literatura. A melhor condição, em termos da eficiência de gás arrefecido, consistiu na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.25, e em termos da produção específica de gás seco e eficiência de conversão de carbono, na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.35. Contudo, o gás com maior poder calorífico inferior foi obtido durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17. O reator demonstrou adequabilidade na gasificação de diferentes tipos de biomassa e foram observadas condições estáveis de operação, tanto em termos de temperatura como da composição do gás produzido. Geralmente, o gás apresentou propriedades combustíveis apropriadas para ser comburido de forma contínua e estável pelo queimador de gás, sem ser necessária uma fonte de ignição permanente ou a utilização de um combustível auxiliar.

Biomassa radicular fina em fragmentos da Mata Atlântica fluminense.

A escassez de estudos empíricos dos sistemas radiculares limita a precisão das predições relativas à economia de carbono, pois eles representam até 55% da biomassa florestal. Somente as raízes finas (diâmetro <2 mm) respondem por cerca de um terço da produção primária líquida dos ecossistemas terrestres. A hipótese de que a maior disponibilidade de água e nutrientes no solo reduz a alocação de biomassa nas raízes tem sido contestada na literatura cientifica tanto em relação às raízes finas (BRF) como a toda biomassa radicular. Avaliou-se aqui a correlação (Pearson) entre BRF e variáveis edáficas até 10 cm de profundidade em seis fragmentos florestais (48 amostras.fragmento.estação-1) na Baixada Litorânea Fluminense, nas estações de seca e de chuvas. Os solos apresentaram diferentes níveis de fertilidade. A BRF média geral foi de 641 g.m-2 (florestas similares = 140?1040 g.m-2). As médias de BRF obtidas no período chuvoso ou na várzea foram significativamente mais elevadas. Foram detectadas correlações positivas e significativas de BRF com Ca + Mg, K, P e N. Os resultados não respaldam a hipótese de redução da BRF em resposta ao aumento de água e nutrientes do solo.

Avaliação da biomassa radicular fina em fragmentos florestais da Planície Costeira Fluminense.

As estimativas atuais de biomassa florestal contêm erros não dimensionados pela escassez de dados dos sistemas radiculares. Esta lacuna se deve às custosas estratégias de amostragem de raízes, que demanda grande quantidade de labor manual enquanto a estimativa da biomassa aérea pode ser feita com apenas a medida de diâmetro do tronco (DAP) conforme apontado por Chave et al, Houghton recomenda um valor geral de 20% da parte aérea para quantificar biomassa radicular, apesar de Silver haver demonstrado que o clima, o solo e a qualidade da serapilheira devam ser levados em conta. Dentre os principais determinantes da biomassa radicular destacam-se, no Estado do Rio de Janeiro, as contrastantes condições de clima e solo, além da composição e estrutura dos diferentes fragmentos florestais que ocorrem na paisagem. De acordo com Davis & Naghettini, ocorre expressiva variação climática representada por precipitações anuais desde 750 mm no Vale do Rio Paraíba do Sul a 4000 mm na Serra da Mantiqueira. Há grande variedade de solos no estado. A título de ilustração, em dois municípios costeiros, um deles incluído no presente estudo, Lumbreras et al encontraram a dominância, nas partes elevadas, de Latossolos, Argissolos, Nitossolos, Luvissolos, Planossolos, Cambissolos e Neossolos. Já nas baixadas, relacionadas aos sedimentos recentes, ocorrem as classes: Espodossolos, Planossolos, Gleissolos, Neossolos e Organossolos. Associados a outros atributos da feição paisagística, compuseram 45 unidades de mapeamentos. Nesse ambiente distribuem-se diversos fragmentos florestais, alguns remanescentes, em geral interferidos ou de difícil acesso e vegetação secundária em sua maioria. Os fragmentos florestais fluminenses resultam, primordialmente, da conversão das florestas nativas em cafezais e pastagens nos séculos 19 e 20, do uso crônico do fogo nas pastagens (ou por vandalismo), e da extração seletiva de árvores, cujo impacto pode ser detectado na ciclagem de nutrientes, conforme demonstrado por Villela et al., que deve influenciar significativamente a biomassa radicular. Ante o exposto o presente estudo visou estimar a biomassa radicular fina de diferentes fragmentos florestais da Planície Costeira Fluminense, comparando-as entre si.

Evaluation of thermochemical biomass conversion in fluidized bed

Dado o aumento acelerado dos preços dos combustíveis fósseis e as incertezas quanto à sua disponibilidade futura, tem surgido um novo interesse nas tecnologias da biomassa aplicadas à produção de calor, eletricidade ou combustíveis sintéticos. Não obstante, para a conversão termoquímica de uma partícula de biomassa sólida concorrem fenómenos bastante complexos que levam, em primeiro lugar, à secagem do combustível, depois à pirólise e finalmente à combustão ou gasificação propriamente ditas. Uma descrição relativamente incompleta de alguns desses estágios de conversão constitui ainda um obstáculo ao desenvolvimento das tecnologias que importa ultrapassar. Em particular, a presença de elevados conteúdos de matéria volátil na biomassa põe em evidência o interesse prático do estudo da pirólise. A importância da pirólise durante a combustão de biomassa foi evidenciada neste trabalho através de ensaios realizados num reator piloto de leito fluidizado borbulhante. Verificou-se que o processo ocorre em grande parte à superfície do leito com chamas de difusão devido à libertação de voláteis, o que dificulta o controlo da temperatura do reator acima do leito. No caso da gasificação de biomassa a pirólise pode inclusivamente determinar a eficiência química do processo. Isso foi mostrado neste trabalho durante ensaios de gasificação num reator de leito fluidizado de 2MWth, onde um novo método de medição permitiu fechar o balanço de massa ao gasificador e monitorizar o grau de conversão da biomassa. A partir destes resultados tornou-se clara a necessidade de descrever adequadamente a pirólise de biomassa com vista ao projeto e controlo dos processos. Em aplicações de engenharia há particular interesse na estequiometria e propriedades dos principais produtos pirolíticos. Neste trabalho procurou-se responder a esta necessidade, inicialmente através da estruturação de dados bibliográficos sobre rendimentos de carbonizado, líquidos pirolíticos e gases, assim como composições elementares e poderes caloríficos. O resultado traduziu-se num conjunto de parâmetros empíricos de interesse prático que permitiram elucidar o comportamento geral da pirólise de biomassa numa gama ampla de condições operatórias. Para além disso, propôs-se um modelo empírico para a composição dos voláteis que pode ser integrado em modelos compreensivos de reatores desde que os parâmetros usados sejam adequados ao combustível ensaiado. Esta abordagem despoletou um conjunto de ensaios de pirólise com várias biomassas, lenhina e celulose, e temperaturas entre os 600 e 975ºC. Elevadas taxas de aquecimento do combustível foram alcançadas em reatores laboratoriais de leito fluidizado borbulhante e leito fixo, ao passo que um sistema termo-gravimétrico permitiu estudar o efeito de taxas de aquecimento mais baixas. Os resultados mostram que, em condições típicas de processos de combustão e gasificação, a quantidade de voláteis libertada da biomassa é pouco influenciada pela temperatura do reator mas varia bastante entre combustíveis. Uma análise mais aprofundada deste assunto permitiu mostrar que o rendimento de carbonizado está intimamente relacionado com o rácio O/C do combustível original, sendo proposto um modelo simples para descrever esta relação. Embora a quantidade total de voláteis libertada seja estabelecida pela composição da biomassa, a respetiva composição química depende bastante da temperatura do reator. Rendimentos de espécies condensáveis (água e espécies orgânicas), CO2 e hidrocarbonetos leves descrevem um máximo relativamente à temperatura para dar lugar a CO e H2 às temperaturas mais altas. Não obstante, em certas gamas de temperatura, os rendimentos de algumas das principais espécies gasosas (e.g. CO, H2, CH4) estão bem correlacionados entre si, o que permitiu desenvolver modelos empíricos que minimizam o efeito das condições operatórias e, ao mesmo tempo, realçam o efeito do combustível na composição do gás. Em suma, os ensaios de pirólise realizados neste trabalho permitiram constatar que a estequiometria da pirólise de biomassa se relaciona de várias formas com a composição elementar do combustível original o que levanta várias possibilidades para a avaliação e projeto de processos de combustão e gasificação de biomassa.