Nos dias atuais é constante a discussão sobre a necessidade da obtenção de alternativas para fontes de energias renováveis como mecanismos de desenvolvimento sustentável. A gestão de resíduos sólidos urbanos também faz parte deste contexto e atualmente é um fator preocupante principalmente nos grandes centros urbanos.
Um tipo de resíduo sólido urbano muito comum é o resultante da poda de árvores e diversos outros vegetais que compõem a paisagem das cidades. Oriundo da extração de galhos finos e grossos, folhas, raízes e troncos, este material é gerado ao longo de todo o ano, a e destinação destes representam um problema tanto para as prefeituras como também para concessionárias de energia de todo o país.
Outro exemplo de material bastante comum no meio urbano é o papelão ondulado, utilizado em diversos tipos de embalagens e com diferentes características de espessura e resistência, são fonte potencial de geração de resíduos. Embora o papelão seja passível de reciclagem, há um ponto em que os mesmos não serão mais adequados para esse processo e deverão ser dispostos em aterros.
Uma boa alternativa de gestão para esses tipos de resíduos sólidos é a utilização como fonte energética. Isto pode ocorrer através do beneficiamento utilizando-os como matéria prima no processo de briquetagem, transformando-os em um produto de maior valor agregado e minimizando os impactos ambientais gerados pela sua disposição inadequada. A briquetagem consiste na compressão em alta pressão de uma massa de partículas com consequente aumento de temperatura resultando no produto chamado briquete. O briquete é caracterizado principalmente por ser um combustível com maior densidade por unidade de volume que seu material de origem, e por possuir dimensões uniformes, que facilitam muito o manuseio, o transporte e a alimentação dos equipamentos de queima.
Através de um trabalho preliminar avaliou-se briquetes feitos a partir de misturas de papelão ondulado e resíduos de poda urbana, a fim de verificar a viabilidade técnica do produto. Esta pesquisa é parte de um projeto realizado pela Empresa Metropolitana de Águas e Energia – EMAE em parceria com o Laboratório de Painéis e Energia da Madeira – LAPEM da Universidade Federal de Viçosa.
Inicialmente foram determinadas as condições experimentais (granulometria, massa e umidade) dos resíduos e suas características físicas e químicas. Na segunda etapa determinaram-se as condições de briquetagem e efetuou-se a produção de briquetes em diferentes proporções de resíduo de poda e papelão ondulado. Por fim, realizou-se a caracterização física e mecânica dos briquetes visando a determinação da melhor proporção de mistura para produção dos briquetes.
Os resíduos foram preparados para análises físicas e químicas, para tanto se utilizou um moinho do tipo martelo equipado com peneira para a trituração das amostras. Para as análises de densidade básica do resíduo de poda e gramatura do papel usou-se parte dos resíduos não triturados.
Para fabricação dos briquetes, os resíduos de poda e o papelão já se encontravam com umidade adequada para compactação. Foi então utilizado o material que passou pela peneira (< 8 mm) em função das características da matriz da briquetadeira (coluna de 15 cm e diâmetro de 3 cm). O papelão ondulado não foi peneirado nem seco previamente por não haver necessidade.
A densidade básica do resíduo de poda foi calculada utilizando o material saturado em água. E a densidade aparente foi calculada no teor de umidade de trabalho do material. As determinações de densidade foram feitas com imersão em mercúrio, visando a não penetração do liquido nos pedaços de madeira. Foram selecionados, ao acaso, 10 diferentes materiais oriundos dos 10 sacos de resíduos recebidos. No caso do papelão ondulado foi estipulada somente a densidade aparente e a gramatura.
As condições de briquetagem foram: pressão de 1500 PSI, temperatura de 120 ºC, tempo de prensagem de 5 minutos e tempo de resfriamento de 5 minutos. A massa utilizada foi determinada em função da matriz da briquetadeira e do resíduo de menor densidade. A coluna ocupada pelo resíduo podia ser de 10 cm de altura e diâmetro de 3 cm. A proporção de papelão com o resíduo de poda em cada repetição foi de 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100 %, utilizando uma massa de 16 g de resíduo por briquete.
Para comparação da absorção de água e umidade de equilíbrio higroscópico, foram feitas pesagens antes e após condicionamento em câmara climática a 60% de umidade e 23°C.
Os parâmetros físicos e mecânicos avaliados nos briquetes foram: densidade aparente, taxa de retorno (variação dimensional), absorção de água em função da umidade de equilíbrio higroscópico e resistência à compressão perpendicular.
O experimento foi montado segundo um delineamento inteiramente casualizado com dez repetições em esquema fatorial, em que foram analisados os efeitos de 11 proporções de misturas entre os resíduos sobre a qualidade dos briquetes produzidos na pressão de 1500 PSI e temperatura de 120 ºC, somando-se um total de 110 corpos de prova (briquetes).
Os parâmetros analisados estatisticamente foram: variações das dimensões (diâmetro e altura), densidade aparente, absorção de água, carga máxima e umidade de equilíbrio higroscópico. A variável carga máxima e umidade de equilíbrio higroscópio tiveram os dados baseados em cinco repetições enquanto as demais tiveram em dez repetições.
RESULTADOS
Propriedades físicas e químicas dos resíduos
O poder calorífico superior do papelão ondulado foi menor em relação ao obtido para os resíduos de poda, o qual é composto em sua grande maioria de material lenhoso que é muito utilizado nos processos de combustão para geração de energia. Embora o valor calorífico do papelão tenha sido menor, evidencia-se que é um valor relativamente alto quando comparado com outros resíduos usados para fabricação de briquetes, como por exemplo, casca de arroz e bagaço de cana, cujos valores são 3.730 kcal.kg-1 e de 3.700 kcal.kg-1, respectivamente.
Com relação à densidade aparente, o valor determinado para o papelão foi inferior a do resíduo de poda, isto se deve principalmente ao aspecto volumoso em que este material ficou depois de passado em moinho. Já no resíduo de poda, a densidade a granel, básica e aparente apenas se mostrou condizente com os relacionados à madeira, visto que essas determinações foram feitas com o material cavaqueado enviado.
Propriedades dos briquetes
De acordo com a figura, pode-se observar que a densidade aparente diminuiu gradativamente como o aumento da proporção de papelão na mistura até teores próximos de 80% e, logo após, houve uma pequena elevação nos teores de 90% e 100%. A diminuição pode ser explicada pela menor densidade do papelão em relação ao resíduo de poda fazendo com que a haja maior compactação conforme o seu teor na mistura aumente.
Já para a variável de resistência à compressão plana, apresentada em carga máxima, nota-se também uma tendência,.
Observa-se que à medida que o percentual de papelão aumenta, ocorre também um aumento da resistência à compressão dos briquetes, ou seja, a força necessária para ocasionar a ruptura dos briquetes foi maior conforme se atingia as maiores proporções de papelão. Devido a baixa densidade e as partículas serem menores e com maior superfície específica, o papelão pôde proporcionar uma maior compactação dos briquetes, tornado-os mais resistentes sob força.
A estabilidade dimensional dos briquetes, de modo geral, está diretamente relacionada à higroscopicidade da matéria prima utilizada, além da pressão e da temperatura exercida no processo de briquetagem. A higroscopicidade também é importante para avaliar a estrutura física dos briquetes em relação aos impactos sofridos durante o armazenamento e o transporte.
O ganho de massa, relacionado à absorção de água pelos briquetes até atingirem a umidade de equilíbrio higroscópico, teve valores mínimos próximos a 1% e máximos a 2%, sendo que os encontrados para os tratamentos de 40 a 90% de papelão são estatisticamente iguais entre si.
Os valores de absorção de água e umidade de equilíbrio higroscópico também não apresentaram uma tendência definida. Em média, os tratamentos tiveram um bom resultado de umidade de equilíbrio higroscópio compatível com as exigências para o uso. Observa-se que nos dois parâmetros os briquetes produzidos a partir de um só resíduo não apresentaram diferenças entre si.
Isto pode demonstrar que esses resíduos, quando compactados, apresentam baixa influencia na sua umidade de equilíbrio higroscópico em função de variações na taxa de absorção de água. O conhecimento da afinidade do material com água é importante, pois contribui para o entendimento da estabilidade (dimensional?) e da resistência dos briquetes em função da exposição dos mesmos a diferentes condições climáticas durante seu transporte e armazenamento.
Nos tratamentos de 30 a 90% de teor de papelão não foi observado influencia na taxa de absorção de água. Os tratamentos de 10 e 20% de papelão apresentaram a menor taxa de absorção de água apesar de ainda apresentarem as maiores umidades de equilíbrio higroscópico. Uma explicação para este fato seria que nesses teores a compactação tenha se processado de forma a reter a água proveniente da umidade das partículas e evitar sua saída. Assim, essa água permaneceu nos briquetes após o resfriamento e estes foram para câmara climática mais úmidos que nos outros tratamentos.
Com base nas condições de análise podemos chegar às seguintes conclusões:
- É possível a produção de briquetes de misturas de resíduos de poda urbana e papelão ondulado;
- Não houve tendência na taxa de retorno (altura e diâmetro) com relação aos teores de papelão agregados;
- As maiores densidades foram obtidas com as menores proporções de papelão;
- As maiores resistências a compressão plana foram obtidas com as maiores porcentagens de papelão;
- A umidade de equilíbrio higroscópico, em todos os tratamentos, apresentou-se compatível com as necessidades para uso;
- É necessário o estudo da eficiência da combustão e da emissão de gases para melhor caracterização dos briquetes.
Autores
Tatiane da Silveira Silva, Tecnóloga em Meio Ambiente, Bolsista EMAE/UFV; Marina Moura de Souza, Estudante Doutorado em Ciências Florestais, UFV; Benedito Rocha Vital, Professore da Universidade Federal de Viçosa ; Rafael Rezende Teixeira, Engenheiro Florestal ; Admilson Clayton Barbosa, Estudante Doutorado, UFABC |
