Caracterização da combustão de madeira num fogão doméstico

Abstract

A combustão doméstica de biomassa lenhosa é uma forma de aquecimento bastante comum. No entanto, muitas vezes este processo está associado a tecnologias de baixa eficiência energética, e acerca das quais o conhecimento científico sobre as condições de operação é escasso. Neste contexto, é importante a avaliação das características de operação destes equipamentos de combustão doméstica de modo a permitir o desenvolvimento de modos de operação mais eficientes, e de tecnologias com melhor desempenho energético e ambiental. Neste trabalho foi efectuada a caracterização físico-química de alguns tipos de madeira (de folhosas e de resinosas) normalmente utilizada em Portugal para aquecimento doméstico. A madeira utilizada como combustível foi caracterizada em termos da dimensão das partículas, análise imediata e análise elementar. A humidade da madeira estava na gama entre 8 e 10 %btq. A madeira de folhosas apresenta um conteúdo em cinzas superior (4,3 %btq) em relação ao observado na resinosa estudada (0,3 %btq). O conteúdo em matéria volátil da madeira está na gama 73,7 a 87,4 %btq. O conteúdo em carbono fixo na gama 9 a 26 %btq. Foi caracterizado o processo de combustão dos diferentes tipos de madeira num fogão utilizado para aquecimento doméstico. O fogão tem um regime de operação com alimentação de cargas de biomassa. Durante a combustão duma carga de biomassa foi realizada a monitorização contínua da massa de combustível na grelha do fogão, do caudal de ar de combustão, da temperatura na câmara de combustão e ao longo da conduta de exaustão, e da composição dos gases de combustão na exaustão. O consumo médio de biomassa durante um ciclo de combustão duma carga variou na gama 1,7 a 2,0 kg/h. A combustão de uma carga de biomassa apresenta dois períodos distintos: i) um primeiro período, durante o qual ocorre a secagem e a combustão dos voláteis, caracterizado pela presença de chama intensa e por um elevado consumo de biomassa; e ii) um segundo período que se caracteriza pela combustão do carbonizado, pela ausência de chama e por um baixo consumo de biomassa. Observou-se uma concentração de inqueimados (CO e CH4) mais elevada no início do ciclo de combustão de uma carga, em resultado de uma baixa temperatura na câmara de combustão, e da não ignição da mistura gasosa resultante da desvolatilização do combustível. Durante o período de combustão com chama observaram-se valores de temperatura na câmara de combustão, velocidade de consumo de biomassa, potência térmica e eficiência energética mais elevados. A potência térmica útil média do equipamento durante a combustão duma carga de biomassa variou na gama 6 a 7 kWth, sendo os valores mais elevados observados durante a combustão de pinheiro bravo. A eficiência energética média do equipamento durante a combustão de uma carga de biomassa está na gama 61 a 68 %, sendo os valores mais elevados observados durante a combustão de eucalipto. Do trabalho realizado pode-se concluir que não existem diferenças significativas entre a combustão de folhosas e resinosas.

The combustion of woody biomass is a very common form of heating. However, this process is often associated with low energy efficiency technologies, and about which the scientific knowledge of operating conditions is scarce. In this context, it is important to evaluate the operating characteristics of combustion equipment to enable the development of more efficient modes of operation, and of the technologies with higher energy and environmental performance. In this work was carried out physicochemical characterization of some types of wood (hardwood and softwood) commonly used in Portugal for home heating. The wood used as fuel was characterized in terms of particle size, instant analysis and elementary analysis. Moisture content of wood was in the range between 8 and 10 %wb. The hardwood has a higher ash content (4.3 %wb) compared to that observed in the studied softwood (0.3 %wb). The volatile matter content in wood is in the range from 73.7 to 87.4 %wb. The fixed carbon content in wood is in the range 9 to 26 %wb. Were characterized the combustion of different types of wood in a stove used for heating. The stove has a system of power operation loads of biomass. During combustion of a load of biomass was carried out continuous monitoring of the mass of fuel in the grate of the stove, the combustion air flow, temperature in the combustion chamber and along the exhaust channel, and the composition of flue gas in exhaustion. The average consumption of biomass during a combustion cycle of a load varies in the range 1.7 to 2.0 kg/h. The combustion of a biomass load presenting two distinct periods: i) a first period where there is the drying and the combustion of volatile matter, characterized by the presence of intense fire and high biomass consumption; and ii) a second period of combustion of the carbonized, characterized by the absence of flame and a low consumption of biomass. It was observed high concentration of unburned compounds (CO and CH4) in the beginning of one combustion cycle of one load, as a result of a low temperature in the combustion chamber, and non-ignition of the gas mixture as a result of the desvolatilisation of the combustible. During the flame combustion was observed higher values of temperature in the combustion chamber, speed of consumption of biomass, thermal potency and energetic efficiency. The average potency useful of the equipment during the combustion of a load of biomass varied in the range 6 to 7 kWth, where the highest values were observed during the combustion of pine. The average energy efficiency of the equipment during the combustion of a load of biomass is in the range 61 to 68 %, and the highest values were observed during the combustion of eucalyptus. In this work, we can conclude that there aren't significant differences between the combustion of hardwoods and softwoods.