Desenvolvimento de protótipo para torrefação de biomassa visando à geração de energia - Araldi, Ariton (2022)
A matriz energética mundial tem sua maior parte constituída por combustíveis fósseis. Já a biomassa, apesar de abundante, representa apenas 9,3% desta matriz mundial. Muito disso porque, in natura, a biomassa tem uma densidade energética relativamente baixa quando comparada a um combustível fóssil a umidade favorece sua biodegradabilidade, elem de ter um poder calorífico baixo. Porém, uma solução para melhorar essas características é o processo de torrefação. A torrefação é um processo de pirólise parcial da biomassa, que é realizada na faixa de temperatura de 200 - 300°C, em ambiente com controle de oxigênio. A finalidade da torrefação é concentrar a energia da biomassa em um produto formado em curto tempo, com taxas de aquecimento e temperaturas moderadas, permitindo a degradação de alguns carboidratos e, consequentemente, volatização de compostos. Esta dissertação teve como objetivo desenvolver um protótipo para torrefação de biomassa visando à geração de energia. Para tanto, o trabalho foi dividido em dois Capítulos. O capítulo I teve como objetivo o planejamento do projeto, o desenvolvimento, a fabricação e a análise da eficiência do protótipo de torrefação de biomassa. A metodologia para o desenvolvimento mecânico do equipamento utilizou as macrofases do PDP (Processo desenvolvimento de produto) como modelo de referência de Rozenfeld et al. (2006). O protótipo fabricado foi submetido a teste de funcionamento em módulos separadamente: módulo de ventilação, módulo queimador e modulo de torrefação. O protótipo fabricado teve como configurações: sistema de funcionamento por batelada; câmara de torrefação por tamboreamento; capacidade de carregamento de 3Kg; acionamento da câmara de torrefação com motor elétrico de 1CV e redutor 40:1; queimador a gás GLP como fonte de energia; válvula de regulagem manual de gás; medição de temperatura com dois termopares cerâmicos tipo K; medidor digital de temperatura; ventilador elétrico de 245W; controle e acionamento do ventilador por inversor de frequência CFW100; alimentação manual por escotilhas; controle de tempo e temperatura operado manualmente. Os pontos positivos do projeto foram: a fabricação realizada em módulos separados e sua mobilidade. Os pontos negativos do protótipo foram: operação de controle de temperatura e tempo manual, aquisição de dados manual e queimador a gás GLP. O desempenho eletromecânico testado do protótipo teve suas funcionalidades comprovadas. O capítulo II teve como objetivo foi avaliar a qualidade da biomassa torrefada no protótipo, por meio da caracterização física e energética da biomassa, quando submetida a diferentes temperaturas de torrefação. Pellets de Pinus foram torrefados no protótipo fabricado anteriormente, em temperaturas de 220 e 280?C, com tempo de residência de 20 minutos, em condições de ar atmosférico. As propriedades físicas e energéticas dos pellets foram avaliadas antes e após a torrefação. O processo de torrefação tornou as dimensões dos pellets mais homogêneas; aumentou a hidrofobicidade e alterou a composição química imediata dos pellets.Porém, não alterou o poder calorífico e reduzi a densidade energética dos biocombustíveis sólidos, principalmente por sua influência nas dimensões dos pellets. Além disso, este tratamento térmico afetou o comportamento da degração térmica dos pellets, tanto em termos de temperatura, massa remanescente em cada etapa da perda de massa e, também, nas temperaturas de maior velocidade de perda de massa. De forma geral, as propriedades físicas dos pellets e o comportamento térmico de degradação foram afetados de forma mais intensa que o potencial energétido deste biocombustível demontrando uma boa combustibilidade.