Estudo do perfil térmico de três espécies de madeiras tropicais brasileiras por análise termogravimétrica (TG/DTG)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Figueiroa, L. (UFPA) ; Santos, L. (UFPA) ; Vilena, P. (UFPA) ; Narciso, G. (UFPA) ; Nascimento, L.A. (UFPA) ; da Costa, C.E. (UFPA)

Resumo

Foi realizada a análise termogravimétrica de três madeiras tropicais brasileiras, a Sapucaia, o Ipê e a Copaíba, com o intuito de avaliar o perfil térmico de cada uma das espécies. A partir das curvas TG/DTG foi possível determinar o teor de umidade, carbono volátil, carbono fixo, teor de cinzas, temperatura de ignição e índice de reatividade médio.

Palavras chaves

Madeira ; Parâmetros térmicos; Termogravimetria

Introdução

Ao longo dos anos várias pesquisas científicas procuram desenvolver fontes energéticas renováveis baseadas no uso de produtos naturais permitindo a substituição de materiais derivados de combustíveis fosseis, dentre inúmeros produtos naturais podemos destacar a madeira. Historicamente a madeira ganhou destaque por ser utilizada no aquecimento de alimentos e principalmente como combustível para a geração de energia térmica, mecânica e elétrica. Dessa maneira, este trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de decomposição térmica de três espécies de madeiras tropicais brasileiras (Copaíba, Ipê e Sapucaia) utilizando a técnica térmica (TG/DTG). A análise termogravimétrica (TG) é um procedimento termo analítico que acompanha a variação de massa da amostra em função do tempo ou temperatura. A Termogravimetria Derivada (DTG) é um arranjo matemático, no qual a derivada da variação de massa em relação ao tempo (dm/dt) é registrada em função da temperatura ou tempo. Em outras palavras, a DTG é a primeira derivada da TG. Através das curvas é possível estimar parâmetros térmicos das madeiras como: Teor de umidade, carbono volátil, carbono fixo, teor de cinzas, temperatura de ignição e índice de reatividade média (Q., Zhao et. al. 2008; Qiguo Yi.,et. al. 2013; Paolo Ghetti et. al. 1996).

Material e métodos

Foram realizadas análises termogravimétricas de três espécies de madeiras tropicais brasileiras. As análises térmicas das madeiras foram realizadas, em um aparelho de DTG 60H fabricado pela Shimadzu Corp. (Kyoto, JA) em atmosfera de ar sintético com taxa de aquecimento 5°C.min-1 da temperatura ambiente até 700°C. A massa de amostra foi de 5,0 mg ± 0.5 mg para cada experimento.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra a curvas TG das três madeiras utilizadas no trabalho (sapucaia, ipê e copaíba). As curvas apresentam três eventos, o primeiro em um intervalo de temperatura 25-100°C referente a liberação de água. O segundo evento de 150 - 350 °C referente a perda de carbono volátil e o terceiro evento de 350-500°C referente a perda de carbono fixo. Um resíduo remanescente acima de 500°C pode ser observado indicando as cinzas das madeiras. A tabela 1, mostra os valores calculados a partir das curvas TG. Segundo os dados da tabela 1, o teor de umidade ficou em torno de 1,3-1,7%. O ter de carbono volátil em torno de 55,6 – 65,1%. O teor de carbono fixo ficou em torno de 32,1-41,8% e por fim o teor de cinzas para todas as madeiras ficou abaixo de 3%. A temperatura de ignição é definida como a menor temperatura em que inicia a ignição. Na Tabela 2 vemos em qual temperatura as madeiras iniciam o seu processo de combustão. A madeira Ipê apresentou a menor temperatura de ignição, em contrapartida a copaíba a maior. O maior valor de RM implica em melhor combustibilidade, dessa forma as madeiras sapucaia e copaíba apresentaram o maior índice de reatividade 2,50.

Tabela 1. Parâmetros térmicos da Sapucaia, Ipê e Copaíba.


Curva TG da Copaíba, Ipê e Sapucaia.

Conclusões

Os resultados alcançados a partir do estudo da curva TG foi possível determinar vários parâmetros térmicos, dentre esses parâmetros, a análise do índice de reatividade médio permite concluir a combustibilidade, isto é, o quanto determinado composto apresenta capacidade de queima. Portanto, é relevante a análise das biomassas das madeiras e seus parâmetros térmicos, pelo fato do uso desses recursos para a geração de energia, quantificando a capacidade energética e aperfeiçoando a produção, principalmente na indústria siderúrgica.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao laboratório de Óleos da Amazônia (LOA), ao laboratório de pesquisa e análise de combustíveis(LAPAC) e ao Parque de Ciência e Tecnologia (PCT).

Referências

Q., Zhao, C., Chen, X., Wu, W., Li, Y. Comparison of pulverized coal combustion in air and in O2/CO2 mixtures by thermo-gravimetric analysis. J. Anal. Appl. Pyrolysis 85, 521–528. Nov. 2008

Qiguo Yi., Fangjie Qi., Gong Cheng., et. al. Thermogravimetric analysis of co-combustion of biomass and biochar. J. Therm. Anal. Calorim. 112(3), 1475-1479, Jun. 2013.

Paolo Ghetti, Leandro Ricca and Luciana Angelini. Thermal analysis of biomass and corresponding pyrolysis products. Fuel, 75(5), 565-573, 1996.