TCC - Caldeira

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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL 
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA 
ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE MADEIRA DE EUCALIPTO E CASCA DE 
ARROZ QUANDO UTILIZADOS COMO COMBUSTÍVEL DE UM GERADOR DE 
VAPOR MISTO 
 
 
 
 
JOÃO PAULO DE MATTIA MORISSON 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Canoas, outubro de 2019 
 
 
 
 
 
JOÃO PAULO DE MATTIA MORISSON 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE MADEIRA DE EUCALIPTO E CASCA DE 
ARROZ QUANDO UTILIZADOS COMO COMBUSTÍVEL DE UM GERADOR DE 
VAPOR MISTO 
 
 
 
Trabalho de conclusão apresentado ao 
Curso de Engenharia Mecânica da 
Universidade Luterana do Brasil para 
obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. 
 
 
 
 Orientador: Prof. Felipe das Dores Machado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Canoas, outubro de 2019 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
Agradeço em primeiro lugar aos meus pais Luís de Morisson e Adriana Mattia, 
por todo o apoio, dedicação e carinho que tiveram comigo, desde o princípio da 
minha vida até este momento de grande importância. 
Agradeço a minha avó Luiza Helena de Morisson e meus padrinhos Lair de 
Morisson e Tiago de Morisson que junto aos meus pais são a base para que eu 
possa seguir em frente e enfrentar meus desafios, meus exemplos de honestidade, 
amor e família, nunca medindo esforços, auxiliando-me nos momentos mais difíceis 
desta caminhada. 
A minha irmã Helenna de Mattia Morisson, que é com quem compartilho a 
mesma criação e o mesmo ninho de afeto, me ensinando sempre a sorrir e a olhar o 
mundo de maneira mais feliz e alegre. 
Estendo meus agradecimentos a todos meus amigos em especial ao João 
Marcos Menezes que tenho como irmão de vida, sempre leal e verdadeiro em todos 
os momentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Este trabalho teve como objetivo calcular o rendimento energético de um 
gerador de vapor misto, utilizando como combustível dois elementos, a casca de 
arroz em formato de briquete e a madeira de eucalipto. 
O gerador de vapor de classe B é um equipamento com capacidade de 
produção de 4000 quilogramas de vapor por hora, operando a uma pressão de 10 
kgf/cm², que trabalha em operações intermitente, sendo assim o método direto foi 
utilizado como referência para a análise de rendimento energético. Analisando como 
base as vazões de vapor e de combustível junto as energias inerentes aos mesmos. 
Os testes foram feitos em duplicata para a madeira de eucalipto tem como 
resultado um rendimento 71,72% e 69,83% respectivamente, resultados 
considerados baixos tendo em vista que esse modelo de gerador pode chegar a 
mais de 80% de rendimento. As causas para esse baixo rendimento atribuem-se a 
exaustão executada em intervalos causando acúmulos de gases no interior do vaso 
e a alimentação de água que ocorre também de maneira intervalada, variando 
constantemente a pressão do gerador. 
A casca de arroz apresentou dificuldades na combustão quando utilizado um 
valor igual ao do eucalipto. Então realizou-se um teste com uma mistura dos 
combustíveis na proporção de 50%, onde apresentou um rendimento de 64,74%, 
rendimento inferior ao encontrado com o eucalipto, sendo assim é considerado um 
combustível menos eficiente para o gerador em questão. As causas para esse 
desempenho é que o briquete de casca de arroz necessita de uma melhor e mais 
controla exaustão, junto a uma movimentação da grelha para melhor queima do 
combustível. 
 
 
Palavras-chave: rendimento, método direto, eucalipto e casca de arroz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The objective of this work was to calculate the energy yield of a mixed steam 
generator, using as two combustible elements, the bark Rice in the shape of a 
briquette and eucalyptus wood. 
The class B steam generator is an equipment capable of production of 4000 
kilograms of steam per hour, operating at a pressure of 10 kgf/cm ², which works in 
intermittent operations, thus the method was used as a reference for the energy yield 
analysis. Analyzing as a basis the vapor and fuel flows along the energies inherent to 
them. 
The tests were done in duplicate for the Eucalyptus wood has as an income of 
71.72% and 69.83% respectively, results considered low in view that this model of 
generator can reach to more than 80% of income. The causes for this low yield are 
attributed to exhaustion performed at intervals causing accumulation of gases inside 
the vessel and the water supply that occurs also in a way that has an interval, 
constantly varying the pressure of the generator. 
Rice husk showed difficulties in combustion when used a value equal to that of 
eucalyptus. Then a test was performed with a mixture of fuels in the proportion of 
50%, where it presented a yield of 64.74%, a lower yield than that found with 
eucalyptus, thus considered to be a less efficient fuel for the generator in question. 
The causes for this performance are that the rice husk briquette needs better and 
more exhaust controls, along with a grid drive for better fuel burning. 
 
 
Keywords: yield, direct method, eucalyptus and rice husk. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 1 - Demonstrativo de uma caldeira flamotubular. .......................................... 17 
Figura 2 - Caldeira flamotubular de tubos horizontais com dois passes. .................. 18 
Figura 3 - Caldeira Aquatubular de grande porte. ..................................................... 18 
Figura 4 - Caldeira Aquatubular de tubos retos e inclinados. ................................... 20 
Figura 5 - Gerador de vapor flamotubular com antecâmara de combustão. ............. 21 
Figura 6 - Estrutura do grão de arroz. ....................................................................... 22 
Figura 7 - Processos de aproveitamento energético da casca de arroz. .................. 24 
Figura 8 - Distribuição das áreas de plantio de eucalipto no Rio Grande do Sul. ..... 30 
Figura 9 - Distribuição de energia, com destaque para lenha. .................................. 31 
Figura 10 - Fluxo de massa de um gerador de vapor. .............................................. 33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
file:///G:/FACULDADE/12º%20semestre/TCC%20II/construção/TCC%20II.docx%23_Toc21009359
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1 - Propriedades da casca do arroz. ............................................................. 23 
Tabela 2 - Composição química da casca de arroz. ................................................. 26 
Tabela 3 - Composição química da cinza. ................................................................ 28 
Tabela 4 - Composição química da madeira de eucalipto. ....................................... 31 
Tabela 5 – Dados técnicos da caldeira. .................................................................... 36 
Tabela 6 - Informações técnicas dos briquetes de arroz. ......................................... 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIEATURAS E SIGLAS 
 
ℎ - é o coeficiente convectivo do fluido (W/m².K) 
ℎ𝑎 - é a entalpia da água de alimentação (kJ/kg). 
ℎ𝑙𝑠 - é a entalpia do líquido saturado (kJ/kg). 
ℎ𝑠 - é a entalpia do vapor que deixa a caldeira (kJ/kg). 
ℎ𝑣 - é a entalpia do vapor produzido (kJ/kg). 
ℎ𝑣𝑠 - é a entalpia do vapor saturado (kJ/kg). 
K - Kelvin 
𝑘 – é o coeficiente condutivo do material da tubulação (W/m.K) 
𝐿 – é o comprimento da tubulação (m); 
m – metro. 
�̇�𝑐 - é a vazão mássica de combustível (kg/h). 
𝑚𝑙 – massa de liquido (kg). 
𝑀𝑙𝑜𝑡 - é a massa total do lote utilizado (kg). 
�̇�𝑣 - é a vazão mássica de vapor (kg/h). 
𝑚𝑣 – massa de vapor (kg). 
�̇�𝑣𝑠 - é a mássica de vapor por segundo (kg/s). 
𝑃𝐶𝐼 – é o poder calorifico inferior doos 
problemas gerados pela casca de arroz, mas o mesmo resultou em um rendimento 
de 64,74% utilizando apenas 60% total da massa proposta para o combustível. 
Com os resultados obtidos pode-se concluir que a madeira de eucalipto tem 
uma melhor performance de rendimento, também demonstrou ser um combustível 
melhor para geradores com as caraterísticas de grelhas fixas e de exaustão 
intermitente. 
Mesmo com um melhor desempenho, o rendimento atingido pela madeira de 
eucalipto é relativamente baixo para esse modelo de gerador de vapor, o mesmo 
pode chegar na faixa de 80% a 85% de rendimento. Os fatores que determinaram 
esse baixo desempenho, são exaustão e alimentação de água que operam de forma 
intermitente, gerando acúmulo de gases quentes no interior da caldeira e dificultando 
a circulação de ar, junto a constante variação da pressão. 
A casca de arroz em briquete, apresentou algumas dificuldades no teste 
quando utilizada sozinha, e com o auxílio do eucalipto obteve-se uma sobrevida na 
queima da mesma. A casca de arroz demostrou dificuldades no processo de 
combustão, e dois fatores se mostraram determinantes. O primeiro é a grelha fixa, a 
falta de movimentação de carga dificulta na combustão, e quando a compactação do 
briquete se desfazia o mesmo gerava bloqueios nas tomas de ar da gralha. O 
segundo é a exaustão, o combustível demonstrou necessitar de um processo de 
exaustão mais controlado e intensos, que opere de maneira constante. 
 
 
51 
 
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS. 
 
 
Este estudo de caso não pode ser tido como definitivo, seria de extrema 
importância realizar testes com mais variações de cargas da casca de arroz, como 
por exemplo, 30% a 25% da carga total. Testes em outros geradores de vapor, com 
grelhas moveis e com exaustão mais controlada, dariam resultados interessantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
 
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
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VIEIRA, N. A. D. Obtenção de briquetes a partir da casca de arroz e avaliação 
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55 
 
ANEXOS 
 
ANEXO A 
 
 
 
 
 
 
 
56 
 
ANEXO B 
 
 
 
 
 
 
 
 
57 
 
ANEXO Ccombustível (kJ/kg). 
𝑞 - é o fluxo de calor (W). 
r – raio 
𝑟1 - é o raio interno da tubulação (m). 
𝑟2 - é o raio externo da tubulação (m). 
s – segundo. 
𝑡 - é o tempo de queima (s). 
𝑇1 - é a temperatura no interior da tubulação (K). 
𝑇2 - é a temperatura na superfície da tubulação (K); 
W – Watt. 
𝑥 - é o título de vapor. 
𝜂𝑑 - é o rendimento pelo método direto (%). 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 11 
2 OBJETIVO ........................................................................................................ 13 
2.1 OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 13 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 13 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................ 14 
3.1 GERADORES DE VAPOR ......................................................................... 14 
3.1.1 HISTÓRIA DA GERAÇÃO DE VAPOR ............................................................. 14 
3.1.2 DEFINIÇÃO .............................................................................................. 15 
3.1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS GERADORES DE VAPOR .............................................. 16 
3.1.3.1 Caldeiras Flamotubulares ................................................................ 17 
3.1.3.2 Caldeiras Aquatubulares.................................................................. 18 
3.1.3.2.1 Caldeira Aquatubulares de tubos retos ....................................... 19 
3.1.3.2.2 Caldeiras Aquatubulares de tubos curvos .................................. 20 
3.1.3.3 Caldeiras mistas .............................................................................. 21 
3.2 CASCA DE ARROZ .................................................................................... 22 
3.2.1 ARROZ .................................................................................................... 22 
3.2.2 ESTRUTURA DO GRÃO .............................................................................. 22 
3.2.3 CASCA DE ARROZ COMO FONTE DE ENERGIA .............................................. 23 
3.2.3.1 Briquetes de arroz ........................................................................... 25 
3.2.4 UTILIZAÇÃO DA CASCA DE ARROZ COMO COMBUSTÍVEL DE CALDEIRAS. ......... 25 
3.2.4.1 Emissão de gases da casca do arroz .............................................. 26 
3.2.4.2 Cinza da queima da casca ............................................................... 27 
3.3 EUCALIPTO ............................................................................................... 28 
3.3.1 HISTÓRIA DO EUCALIPTO NO BRASIL .......................................................... 28 
3.3.2 EUCALIPTO NO RIO GRANDE DO SUL ......................................................... 29 
3.3.3 UTILIZAÇÃO DO EUCALIPTO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ............................. 30 
3.4 RENDIMENTO ENERGÉTICO ................................................................... 32 
3.4.1 MÉTODO DIRETO...................................................................................... 33 
4 MATERIAIS E MÉTODO. .................................................................................. 36 
4.1 MATERIAIS ................................................................................................ 36 
4.1.1 CARACTERÍSTICAS DO GERADOR DE VAPOR. ............................................... 36 
4.1.2 CARACTERÍSTICAS DA AMOSTRA DE CASCA DE ARROZ. ............................... 37 
4.1.3 CARACTERÍSTICAS DA MADEIRA DE EUCALIPTO. .......................................... 37 
4.2 MÉTODO. ................................................................................................... 38 
4.2.1 TESTES COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. .................................................... 38 
4.2.2 TESTES COM A CASCA DO ARROZ. ............................................................. 38 
4.2.3 CÁLCULO DO RENDIMENTO. ...................................................................... 39 
4.2.3.1 Vazão mássica de vapor. ................................................................. 39 
4.2.3.2 Vazão mássica de combustível. ...................................................... 40 
4.2.3.3 Entalpia da água de alimentação ..................................................... 40 
4.2.3.4 Entalpia do vapor ............................................................................. 41 
4.2.3.5 Poder calorífico inferior. ................................................................... 42 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO. ....................................................................... 43 
5.1 CÁLCULO DE RENDIMENTO COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. ......... 43 
5.1.1 TESTE UM COM MADEIRA DE EUCALIPTO. .................................................... 43 
5.1.2 TESTE DOIS COM MADEIRA DE EUCALIPTO .................................................. 45 
5.1.3 DISCUSSÃO DO RESULTADOS DO TESTES COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. ..... 46 
5.2 CÁLCULO DE RENDIMENTO COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. ......... 47 
5.2.1 TESTE UM COM A CASCA DE ARROZ. .......................................................... 47 
5.2.2 TESTE DOIS COM A CASCA DE ARROZ. ........................................................ 47 
5.3 COMPARATIVO ENTRE OS TESTES. ...................................................... 49 
6 CONCLUSÃO.................................................................................................... 50 
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS. ............................................... 51 
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................. 52 
ANEXOS ................................................................................................................... 55 
 
 
 
11 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Após o início de uma ampla industrialização mundial nos séculos XIX e XX e 
que segue nos dias atuais, motivada pela necessidade de uma produção em larga 
escala, as indústrias tornam-se dependentes de uma grande demanda energética, 
suprida na época por combustíveis fosseis como carvão e petróleo. Porém, no 
cenário atual, vista a iminência destes mesmos combustíveis, se intensifica a busca 
por combustíveis alternativos (biomassas), originada por diversos fatores como, por 
exemplo, emissões de gases poluentes e necessidade da diminuição dos derivados 
de petróleo. (CORTEZ, LORA e GÓMEZ, 2008). 
Biomassa é todo resíduo orgânico que pode ser utilizado como fonte de 
energia, seja ela de origem animal ou vegetal, e que são oriundos da agricultura, 
indústrias e cidades. O Brasil tem sua base econômica voltada para a agricultura, 
que produz uma grande quantidade de resíduos que podem ser aproveitados 
energeticamente, porém, o país não chega a aproveitar mais de 200 milhões de 
toneladas por ano, o que é considerado um índice muito baixo. (CORTEZ, LORA e 
GÓMEZ, 2008). 
Segundo a (AGEFLOR, 2015), o consumo de energia bruto oriundo da lenha 
no Brasil chega a 20% sendo que no território do Rio Grande do Sul esse número 
aumenta para 31%. A madeira mais utilizada como fonte de energia é o eucalipto, 
que corresponde a 87% no Brasil enquanto no Rio Grande do Sul esse número é de 
78%. Esses dados demonstram as características dominantes brasileira e gaúchas 
referentes a geração de energia através de biomassas. 
O Rio Grande do Sul é o maior produtor de arroz do Brasil, produzindo na safra 
de 2017 – 2018 cerca de 8.474.392 toneladas. (IRGA, 2018), o que vem conciliado 
com a produção de casca de arroz, que dentre o beneficiamento desse grão é o 
rejeito de maior importância, principalmente pela quantidade gerada e a dificuldade 
de decomposição no meio ambiente. O que faz com que o aproveitamento dessa 
biomassa como fonte de energia torne-se muitoproveitosa para agroindústria. 
(LHAMBY, SENNA e CANES, 2010). 
As caldeiras são uma boa alternativa para o uso das biomassas como fonte de 
energia para indústria, Segundo (FIGUEIREDO e PEREIRA, 2005) as caldeiras têm 
como utilidade a produção do vapor ou o aquecimento de água em pressão e 
12 
 
temperaturas pré-determinadas, dentro dos maiores custos desse processo está o 
preço do combustível sólido que fornecerá essa energia ao sistema, tendo em vista 
a diversidade das características dos mesmos, se torna fundamental uma análise de 
eficiência energética. 
Este trabalho visa apresentar um estudo de alternativa no uso de biomassas 
em um gerador de vapor, localizado em uma indústria química no litoral norte 
gaúcho. Local com vasta área de florestamento de eucaliptos e arrozais de grande 
produtividade. O sistema de geração utiliza na atualidade a madeira de eucalipto 
como fonte de energia, entretanto, a utilização da casca de arroz vem ganhando 
notoriedade no uso energético, tendo em vista que é um recurso de grande 
potencial, e de pouca utilidade e importância nos meios agrícolas. 
Com esses conceitos abordados, uma análise dos benefícios dessas 
biomassas se torna indispensável na busca de uma melhor utilização desses 
recursos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
2 OBJETIVO 
 
Os objetivos deste trabalho estão dispostos em geral e específicos. 
 
2.1 OBJETIVO GERAL 
 
Realizar uma análise comparativa do rendimento energético entre madeira de 
eucalipto e da casca de arroz quando utilizados como combustível de geradores de 
vapor misto. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
• Caracterizar as composições químicas da casca do arroz e da madeira de 
eucalipto; 
• Caracterizar o gerador de vapor e o sistema de geração; 
• Realizar através do método de cálculo direto apresentado por Nogueira 
(2005), o rendimento térmico do gerador de vapor; 
• Avaliar os resultados da eficiência energética obtidos através do método 
direto de ambas amostras; 
• Identificar os benefícios de cada combustível quando aplicado ao sistema de 
geração estudado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
A fundamentação teórica tem como objetivo fornecer baseamento para 
realização deste trabalho. 
 
3.1 GERADORES DE VAPOR 
 
3.1.1 HISTÓRIA DA GERAÇÃO DE VAPOR 
 
Os conhecimentos do uso da expansão do vapor como fonte de energia 
surgiram, cerca de 200 a.C. O grego chamado Hero projetou uma máquina que 
usava a expansão do vapor para gerar energia mecânica, máquina essa 
denominada de “aeolipile” de Hero, o projeto consistia em um caldeirão cheio de 
água, que era interligado por duas tubulações a uma esfera articulada, o caldeirão 
era exposto a fogo que fornecia energia ao sistema, com a transferência de calor 
para água fazia com que a mesma entrasse em ebulição, o vapor gerado percorria 
as tubulações e inundava a esfera oca que por sua vez tinha outras duas tubulações 
de escape com ângulos que faziam as mesmas se mexerem. Por mais que tenha 
sido uma grande novidade, Hero nunca deu uma utilização específica para essa 
máquina. E mesmo com o passar dos anos a ideia de gerar energia através de 
vapor continua a utilizar os mesmos princípios que são: geração de calor, 
transferência de calor e geração de vapor. (THE BABCOCK & WILCOX COMPANY, 
2005) 
Somente no Século XVII começou-se a estimular o uso do vapor em ciclo para 
geração de energia, principalmente com a evolução crescente da mineração. Com a 
crescente mineração de carvão e as minas de exploração se tornando cada vez 
mais profundas, tinha-se como problema as frequentes inundações, surge dessa 
adversidade os primeiros motores a vapor. Thomas Severy foi o criador do primeiro 
equipamento patenteado e comercializado que utilizava vapor como força motriz de 
um sistema de bombeamento de água. Outro nome importante foi, Thomas 
Newcomen criador da caldeira conhecida como Haycock, que tinha formato esférico 
e era aquecida diretamente pelo fundo. (THE BABCOCK & WILCOX COMPANY, 
2005) 
15 
 
James Watt foi quem inovou no formato das caldeiras, que até então eram 
esféricas, Watt construiu a caldeira conhecida como “Vagão”, tendo esse nome dado 
pelo seu formato semelhante a uma carroça fechada, esse modelo foi o pioneiro 
utilizado nas locomotivas, mesmo com todo esses desenvolvimentos, os modelos de 
caldeiras por utilizarem vapores de forma direta causavam explosões, 
principalmente pelo acúmulo interno de vapor. (BIZZO, 2003) 
Os primeiros geradores de vapor surgiram para uso industrial de larga escala, 
junto a revolução industrial da Inglaterra no século XIX, as caldeiras começaram a 
serem utilizadas para geração de energia elétrica e mecânica. Que pela alta 
demanda energética e questões de segurança, a criação de caldeira aquatubulares. 
Os nomes mais importantes da época eram: John Stevens, Stephen Wilcox, George 
Babcock e Alan Stirling. (BIZZO, 2003) 
 
3.1.2 DEFINIÇÃO 
 
Com todos os fatos históricos e as múltiplas mudanças, tanto de estrutura da 
forma construtiva e capacidade, que trouxeram como o passar dos séculos uma 
evolução importante aos geradores de vapor, se traz também junto a literatura 
algumas definições para esses equipamentos. 
Segundo (PERA, 1990) caldeira é o equipamento, que se utilizada da reação 
“energia” química através da combustão para gerar calor, realizando por meio de 
condução e convecção a adição de energia no fluido de trabalho, promovendo a 
mudança de estado líquido para vapor a uma pressão superior à da atmosfera. O 
vapor que se resulta dessa troca de energia é utilizado para o funcionamento de 
maquinas térmicas, que tem a finalidade de gerar energia mecânica ou elétrica, 
sendo também utilizada em processos de aquecimento. 
(LEITE e MILITÂO, 2008) diz que caldeiras ou geradores de vapor, são 
equipamentos destinados a provocar mudança de estado na água, através de troca 
térmica entre o combustível e o fluido, esse fenômeno ocorre com o fornecimento de 
calor sensível à água. Observa-se também que a energia do processo segue da 
seguinte forma: fornecimento de calor sensível até o ponto de ebulição do fluido, 
seguido do fornecimento de calor latente para fazer com que o fluido entre em 
16 
 
ebulição e por fim o fornecimento de calor superaquecido, para “transformar” vapor 
em vapor superaquecido. 
Por sua vez a Norma regulamentadora nº. 13 traz uma definição bem simples e 
sucinta, refere-se a geradores de vapor como: “Equipamentos destinados a produzir 
e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de 
energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em 
unidades de processo”. (MINISTÉRIO DO TRABALHO, 2018) 
 
3.1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS GERADORES DE VAPOR 
 
Existem diversas maneiras de se classificar gerados de vapor. 
 
Segundo a NR-13 (MINISTÉRIO DO TRABALHO, 2018), pelas classes de 
pressão as caldeiras foram classificadas em: 
• Caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou 
superior a 1.960 kPa (19,98 kgf/cm²), com volume superior a 100 L (cem 
litros); 
• Caldeiras da categoria B são aquelas cuja a pressão de operação seja 
superior a 60 kPa (0,61 kgf/cm²) e inferior a 1 960 kPa (19,98 kgf/cm2), 
volume interno superior a 100 L (cem litros) e o produto entre a pressão de 
operação em kPa e o volume interno em m³ seja superior a 6 (seis). 
 
Podem também ser classificadas de acordo como o combustível de 
alimentação: 
• Sólido; 
• Liquido; 
• Gasosos; 
• Elétricas; e 
• Caldeiras de Recuperação. 
 
Existem outras maneiras de classificar caldeiras, exemplos: manuseio, formas 
da tubulação, entre outros. Porém a maneira mais utilizada no meio bibliográfico e 
17 
 
industrial, divide as caldeiras em três grupos, flamotubulares, aquotubulares e 
mistas. 
 
3.1.3.1Caldeiras Flamotubulares 
 
Esse modelo de caldeira é caracterizado pela condução interna dos gases 
quentes nas tubulações, fazendo com que a superfície interna dessas tubulações 
absorva calor por convecção e o conduza até o fluido que se encontra à circular a 
superfície externa dos tubos. (ALTAFINI, 2002) 
As caldeiras flamotubulares tem por características serem compactadas e de 
baixa produção. Segundo (BIZZO, 2003) a caldeira flamotubular é “utilizada para 
pequenas capacidades de produção de vapor ( da ordem de até 10 ton/h) e baixas 
pressões (até 10 bar), chegando algumas vezes a 15 ou 20 bar.”, conforme mostra 
figura 1. 
 
 
Figura 1 - Demonstrativo de uma caldeira flamotubular. 
Fonte: (LEITE e MILITÂO, 2008) 
 
 
Segundo (MARTINELLI JR, 2002) esse tipo de caldeira pode ser subdividido 
em: verticais e horizontais, tendo formas construtivas muito similares. Seus formatos 
de corpos cilíndricos são fechados nas extremidades por chapas também 
18 
 
conhecidas como espelhos e podem ser constituídas por diversos passes, conforme 
figura 2. Suas vantagens estão na sua compactação, assim não necessitam de 
grande estrutura para instalação, e trazem facilidade de acesso a fornalha, tornando 
a limpeza mais eficiente. 
 
 
Figura 2 - Caldeira flamotubular de tubos horizontais com dois passes. 
Fonte: (LEITE e MILITÂO, 2008) 
 
3.1.3.2 Caldeiras Aquatubulares 
 
O conceito básico de caldeiras aquatubulares é classifica-las como o inverso 
de caldeira flamotubulares. Os gases nesse modelo, estão na parte externa do tubo, 
já a água encontrasse na superfície interna do tubo, conforme figura 3. (THE 
BABCOCK & WILCOX COMPANY, 2005) 
 
 
 Figura 3 - Caldeira Aquatubular de grande porte. 
Fonte: (BIZZO, 2003) 
19 
 
 
A formação das estruturas tubulares dessas caldeiras se origina a partir de 
tubos individuas que interligam diretamente em dois ou mais reservatórios 
cilíndricos, conhecido pelo nome de tubulão, a separação do líquido e vapor é feita 
no reservatório superior enquanto o inferior é repensável pela de decantação e 
purga dos sólidos. As transferências de calor nesse sistema ocorrem por duas 
maneiras, radiação e convecção, a primeira obtida de maneira direta, pelas chamas 
nos tubos de água, já a segunda decorre de maneira forçada, onde os gases 
quentes quando deixam a câmara de combustão, passam por tubulações de água. 
(BIZZO, 2003) 
Esse modelo de caldeira é utilizado quando se necessita de altas taxas de 
pressão, produção de vapor e rendimento, pois causam baixa tensões inerentes nas 
tubulações, os esforços causados são de tração ao invés de compressão, como nas 
caldeiras flamotubulates. (MARTINELLI JR, 2002) 
Segundo (MARTINELLI JR, 2002) as caldeiras aquatubulares tem em sua 
utilização uma diversidade de faixa de trabalho, abrangendo assim diversos modelos 
ou formas estruturais de construção. São caracterizadas principalmente por 
caldeiras de tubulação reta e tubulação curvada. 
 
3.1.3.2.1 Caldeira Aquatubulares de tubos retos 
 
É o primeiro modelo aquatubular desenvolvido, com a finalidade de aguentar 
mais pressão em relação as flamotubulares. 
Seu arranjo de tubulação pode ser transversal ou longitudinal, seus tubos são 
padronizados, normalmente é utilizado diâmetro de 4” e em alguns casos pode ter 
uma inclinação de 22º, possuindo assim uma pequena perda de carga. 
(MARTINELLI JR, 2002) 
O modelo construtivo traz, demonstrado na figura 4, facilidade de limpeza e 
manutenção nas trocas dos tubos, amplo espaço para retirada de cinzas da 
fornalha, utilização de chaminés baixas além da possibilidade de utilizar água com 
particulados suspenso tendo pouca queda no rendimento e não trazendo grandes 
riscos para operação além de ter alta capacidade de volume de água. (PERA, 1990). 
 
20 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 - Caldeira Aquatubular de tubos retos e inclinados. 
Fonte: (THE BABCOCK & WILCOX COMPANY, 2005) 
 
3.1.3.2.2 Caldeiras Aquatubulares de tubos curvos 
 
Conhecida no início de suas aplicações como caldeiras Stirling, homenagem 
feita ao seu idealizador, essas caldeiras ganham visibilidade principalmente pelo seu 
modelo construtivo, que torna praticamente ilimitado os números de arranjos das 
tubulações e capacidades produtivas. São construídas como nome já faz referencial 
com tubos curvo, que são interligas a dois ou mais tambores. (PERA, 1990) 
O desenvolvimento se origina através da alta utilização destes modelos de 
caldeiras, tendo em vista também o desenvolvimento de novos conhecimentos em 
relação a eficiência térmica, faz com que na atualidade a maneira construtiva dessas 
caldeiras tragam consigo dois tambores, ou quando necessária a utilização em 
grandes pressões, o mesmo pode ser construído com apenas um tambor. Outro 
ponto interessante do seu desenho atual se estabelece a partir do desenvolvimento 
dos conceitos de irradiação, que faz essas caldeiras substituírem seus refratários 
por paredes com tubos de água, por consequência torna calor gerado na câmara de 
combustão melhor aproveitado. (MARTINELLI JR, 2002) 
Referenciando a questão de operação, o tratamento da água tem que ser 
controlado de maneira mais eficiente em comparação a outros modelos, 
principalmente quando opera a pressões elevadas. Porém traz grandes facilidades 
na limpeza e reparos dos tubos. (MARTINELLI JR, 2002) 
21 
 
Olhando pelo lado industrial e de forma sucinta, caldeiras aquatubulares são a 
melhor escolha quando se deseja em padrões elevados, aspectos como, pressão, 
rendimento e produtividade. 
 
3.1.3.3 Caldeiras mistas 
 
Essas caldeiras surgem através de uma necessidade industrial, a 
condicionante da queima de combustíveis sólidos devido ao baixo custo do mesmo, 
principalmente em equipamentos pequenos. Faz com que se conceba uma caldeira 
híbrida, considerada uma mistura dos sistemas aquatubular e flamotubular, 
mostrado na figura 5, traz elementos construtivos como a antecâmara de 
combustão, onde ocorre a queima dos combustíveis sólidos, que são acomodados 
em uma grelha, a mesma pode ter diversos formatos, possibilitando a queima dos 
mais variados combustíveis sólidos, como: toras, cavaco, casca, entre outros. A 
câmara é revestida por tubos de água, conseguindo assim estabelecer um melhor 
aproveitamento do calor. (BIZZO, 2003) 
Mesmo sendo uma excelente opção quando se disponibiliza combustíveis 
sólidos, estes modelos perdem algumas vantagens, como segurança, eficiência 
energética e rendimento térmico devido a sua perda de calor na antecâmara. 
(BIZZO, 2003) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Câmara de 
combustão revestida 
com paredes de 
tubos de água 
Cinzeiro 
Reservatório de água 
e tubos com gases 
quentes 
Figura 5 - Gerador de vapor flamotubular com antecâmara de combustão. 
Fonte: (BIZZO, 2003) 
 
22 
 
3.2 CASCA DE ARROZ 
 
3.2.1 ARROZ 
 
O arroz é um dos cereais mais consumidos no mundo, que tem suma 
importância social e econômica. O Brasil tem grande relevância nesse, ficando atrás 
somente dos países asiático como Índia e China, em produção desse grão. 
O Rio Grande do Sul é o estado com maior produção de arroz, segunda a 
(CONAB, 2019), o mesmo contribui com cerca de 70% da produção nacional, tendo 
a safra de grãos de excelente qualidade. 
Uma das grandes problemáticas atuais da produção de arroz, é a questão do 
descarte da casca do mesmo. Um rejeito oriundo do beneficiamento do grão, que 
traz preocupações referente a grande escala com que é gerado, já que seu volume 
relativo é de um quarto de todo o grão. Esse rejeito vem ganhando espaço no 
cenário mundial pelo seu alto valor energético, trazendo assim uma alternativa para 
indústrias e agricultura. 
 
3.2.2 ESTRUTURA DO GRÃO 
 
A estrutura do grão de arroz é composta por duas partes, a casca que compõe 
22% do grão, e a cariopse que é a denominação dada a parte comestíveldo arroz, 
que por sua vez tem 88% do peso do grão. A figura 6 demostra a estrutura da casca 
do arroz. (BATISTA, 2007) 
 
 Figura 6 - Estrutura do grão de arroz. 
 Fonte: (BATISTA, 2007) 
23 
 
No processo de beneficiamento do arroz, é retirado toda a parte não comestível 
(casca) que posteriormente será descartada, e em alguns casos a mesma é 
destinada ao processo de queima para gerar energia, seja em caldeira ou 
secadores. A parcela que sobra do grão é o endosperma, parte essa que é 
destinada aos processos de industrialização do alimento. (BATISTA, 2007) 
A casca do arroz é composta de materiais orgânico e inorgânicos, entre os 
orgânicos estão, carboidratos, lipídios e compostos de nitrogênio. A matéria 
inorgânica mais abundante no arroz é a sílica. A tabela 1 demonstra as propriedades 
da casca do grão. (BATISTA, 2007) 
 
 
Tabela 1 - Propriedades da casca do arroz. 
Fonte: (BATISTA, 2007) 
 
 
3.2.3 CASCA DE ARROZ COMO FONTE DE ENERGIA 
 
As biomassas já estão em grande parcela no mercado de geração de energia, 
chegam a ocupar em alguns países 90% da produção energética total. Uma boa 
explicação para esse crescente no uso desses tipos de combustíveis, é a 
capacidade de renovação dos mesmos, além do baixo custo e a alta disponibilidade. 
(MAYER, 2009) 
Os matérias orgânicos utilizados na geração de energia, são divididos em três 
grupos, lenhosos, não lenhosos e os de origem animal. A casca de arroz se 
enquadra no grupo dos não lenhosos, e no subgrupo de resíduos de processos. 
(MAYER, 2009) 
24 
 
A casca é uma biomassa, oriunda de forma indireta da energia solar, o que a 
torna uma fonte renovável de energia. A longo prazo a perspectiva é que sua 
utilização seja ampliada, visando a escassez dos combustíveis fosseis. 
Esse produto vem ganhando espaço no campo de energias renováveis, pois é 
um resíduo com bom poder calorífico e baixa umidade, esse último aspecto, é 
devido ao processo de secagem que o arroz é submetido durante o seu 
armazenamento. Porém, existe alguns pontos negativos, com por exemplo, o teor de 
sílica, que tem como característica gerar partículas muito abrasivas, outra questão 
relevante é o baixo ponto de fusão. (MAYER, 2009) 
(HOFFMANN, 1999) aponta pontos importantes referente a densidade da 
casca do arroz. Por ser um formado por grãos pequenos, a densidade energética 
dessa biomassa é considerada baixa, sendo assim indicado a formação de um vetor 
energético (uma fonte de energia secundária, já processada). Esse processamento 
pode ser obtido de três modos: físicos, termoquímicos e biológicos. A figura 7 
demostra as maneiras do aproveitamento energético da casca de arroz. 
 
 
Figura 7 - Processos de aproveitamento energético da casca de arroz. 
Fonte: (MAYER, 2009) 
 
25 
 
 
Este estudo irá atentar-se somente a questão do uso de briquetes, que é um 
vetor energético obtido de forma física, com seu processo baseado na aglomeração 
dos particulados de casca de arroz. 
 
3.2.3.1 Briquetes de arroz 
 
A briquetagem é um processo de compactação ou aglomeração de pequenas 
partículas através da aplicação de pressão sobre as mesmas, é um artifício utilizado 
quando deseja-se obter um produto mais densos, utilizando materiais (resíduos) 
com baixa densidade. Essa técnica é normalmente utilizada para agregar valor à 
matéria, obtendo assim biomassas de melhor qualidade. (VIEIRA, 2014) 
(VIEIRA, 2014) apresenta diversos pontos importantes, que devem receber 
atenção em relação ao processo de briquetagem da casca de arroz, como a massa 
específica, os componentes ligantes, teor de carbono, teor das cinzas e 
principalmente o índice de umidade, já que esta influência diretamente na 
combustão. O autor também afirma que através de metodologias de processos, é 
possível obter briquetes de alta qualidade com altos teores de carbono e que 
apresentam um desempenho excelente, podendo assim serem empregados no 
processo de combustão, substituindo aqueles utilizados normalmente como a lenha. 
 
3.2.4 UTILIZAÇÃO DA CASCA DE ARROZ COMO COMBUSTÍVEL DE CALDEIRAS. 
 
A casca de arroz traz grandes vantagens quando utilizada como combustíveis 
de gerados de vapor, primeiramente pela questão de custo, já que é um produto 
com baixo valor agregado, outro ponto relevante é pela emissão de gases 
atmosféricos, tendo em vista, que é um combustível limpo e pouco poluidor. Além de 
outros fatores conhecidos, como baixa umidade e alto poder calorífico. A tabela 2 
demostra a composição da casca do arroz. (BATISTA, 2007) 
 
26 
 
 
Tabela 2 - Composição química da casca de arroz. 
Fonte: (BATISTA, 2007) 
 
Porém, o processo de queima da casca em geradores de vapor traz algumas 
adversidades, principalmente a presença de pequenas pedras e areias, que são 
prejudiciais as caldeiras, podendo gerar entupimentos na grelha e dificuldade na 
queima, sendo então recomendado, a passagem dessa matéria em um separador 
de particulados (moega) antes da utilização. Outros cuidados a serem tomados é o 
controle de humidade, sendo aconselhado a utilização da matéria rapidamente, sem 
que haja criação de estoque ou até mesmo acomodações da matéria ao longo do 
tempo. (BATISTA, 2007) 
Outro ponto importante demostrado por (BATISTA, 2007), é que em grande 
parte do processo de combustão da casca, a mesma é utilizada de forma a granel, 
ou seja, solta. Um dos problemas nesse caso é a dispersão dos grãos, ocasionado 
pelos ventos, além dessa situação exigir um controle mais eficiente da alimentação 
na antecâmara de combustão, devido ao grande volume necessário de matéria para 
fornecer uma dosagem correta. A utilização de briquetes vem sendo bem 
empregada nesses casos. 
 
3.2.4.1 Emissão de gases da casca do arroz 
 
Na questão de emissão de gases poluentes, a casca do arroz tem uma grande 
vantagem, que é o baixo índice de enxofre (S) em sua composição, além da baixa 
emissão de dióxido de nitrogênio (NO2), esses dois compósitos são os de maior 
preocupação, principalmente porque os mesmos ocasionam chuvas ácidas, que 
prejudicam muito a flora das regiões atingidas. Outros poluentes secundários com o 
ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3) e monóxido de carbono (CO), não se 
27 
 
fazem presente na combustão dessa biomassa. Em contexto geral os gases 
poluentes estão em menor quantidade na casca de arroz em comparação com 
combustíveis fosseis. 
Dentro dos parâmetros de uma combustão eficiente, a maior preocupação na 
queima da casca, é na captação dos particulados emitidos pelo mesmo, 
principalmente os de tamanhos inferiores a 10 microns, essas pequenas partículas 
são muito prejudiciais quando inaladas por seres humanos, pois só são filtradas pelo 
sistema respiratório quando chagam aos tecidos pulmonares. Outra questão, é que 
existe uma tendência de as substâncias tóxicas estarem mais presente nesse tipo 
de partículas. (BATISTA, 2007) 
 
3.2.4.2 Cinza da queima da casca 
 
As cinzas são oriunda da queima de qualquer biomassa, em um sistema de 
geração de vapor a mesma é acumulada de duas maneiras, a primeira é na 
antecâmara de combustão, onde ficará a maior quantidade, e a segunda no sistema 
de captação de partículas (multiciclones e filtros mangas), nesse segundo caso a 
concentração de partículas irá variar em quantidade, pois depende da tiragem de 
gases realizada no sistema. Outro ponto é a variação em tamanho, essa por sua vez 
é diretamente dependente da eficiência de combustão, quanto mais eficiente, 
menores serão as partículas. (BATISTA, 2007) 
A cinza como já mencionado, é o poluente mais preocupante na combustão da 
casca de arroz, a mesma representa em média 18% do volume total da casca, 
gerando assim uma grande quantidade de rejeito. Estudos do aproveitamento dessa 
matéria é crescente, pois esse resíduo muitas vezes não tem descarte correto, 
sendo dispostos em beira de rios e ambientes urbanos. A tabela 3demostra a 
composição das cinzas da casca do arroz. 
 
 
28 
 
 
Tabela 3 - Composição química da cinza. 
Fonte: (BATISTA, 2007) 
 
 
Como é observado na tabela 3, a sílica é o compósito de maior quantidade na 
cinza da casca de arroz, esse teor alto faz com que cinza se torne cada vez mais 
valiosa no mercado de produção de corbeto de silício (SiC), que é utilizado em 
cimentos, borrachas naturais, além de compósitos químicos e silicatos. (BATISTA, 
2007) 
 
3.3 EUCALIPTO 
 
3.3.1 HISTÓRIA DO EUCALIPTO NO BRASIL 
 
O eucalipto é uma planta do gênero das mirtáceas, nativa da Oceania 
(Austrália), a planta foi disseminada do seu berço na Austrália, principalmente pelas 
demandas mundiais de lenha, impulsionado pela crescente industrialização e 
necessidade energética. (HASSE, 2006) 
No Brasil os primeiros exemplares chegaram no ano de 1824, sob encomendas 
para o Jardim Botânico do Rio de Janeiro, eram duas mudas que vieram de 
Portugal. Em um primeiro momento o eucalipto se espalhou pelo território nacional 
somente para cultivo botânico, decorações e quebra-ventos. (HASSE, 2006) 
Determnação Resultado
Imidade (%) a 75 °C 9
PH 10,8
Carbono Orgânico (%) 5,5
Sílica (SiO2) (%) 90 - 91,5
Nitrogênio total (%) 0,12
Fósforo total (%) 0,41
Potássio total (%) 1,8
Cálcio total (%) 0,52
Magnèsio total (%) 0,26
Cobre total (mg/kg) 7
Zinco total (mg/kg) 41
Ferro total (mg/kg) 587
Enxôfre total (mg/kg) 0,06
Manganês total (mg/kg) 0,13
Boro total (mg/kg) 12
Sódio total(mg/kg) 936
29 
 
O cultivo do eucalipto tomou grande importância econômica principalmente no 
século XX, incentivada principalmente palas discussões das questões ambientas, 
que ganharam crescentes preocupações entra as décadas 60 e 70. Um dos 
trabalhos pioneiros no processo de reflorestamento foi dirigido pela Companhia 
Paulista de Estradas de Ferro (CPEF), que no início do século XX, designou o 
agrônomo Edmundo Navarro de Andrade a estudar e conhecer quais espécies de 
vegetais se adequavam melhor ao ambiente. O estudo visava apresenta uma 
solução para suprir as necessidades da empresa. (BARBOSA) 
Com seis milhões de hectares de reflorestamento certificados, o eucalipto se 
torna uma das grandes forças econômicas do país, responsável atualmente por 2% 
do PIB nacional. A planta ganha essa importância principalmente pela sua 
diversidade e rentabilidade, da mesma é extraído a celulose, carvão vegetal, chapas 
de madeiras utilizadas na construção civil, entre outros. Outro ponto importante, é 
que de acordo com a Empresa de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), o eucalipto 
consegue captar o carbono da atmosfera, e como consequência se torna uma das 
biomassas mais eficientes na geração de energia através das queimas em caldeira. 
(FERNANDES, 2019) 
 
3.3.2 EUCALIPTO NO RIO GRANDE DO SUL 
 
A história do eucalipto com o pampa gaúcho, inicia-se pós a guerra dos 
farrapos entre 1835-1845, a árvore em primeiro momento foi plantada no estado 
para formar quebra-ventos e gerar abrigos para os gados. Utilizada depois como 
lenha para as bombas de irrigação das lavouras de arroz e engenhos. E assim, a 
utilização do eucalipto começa a ganhar importância econômica para o estado, que 
por consequência aumenta as áreas de florestamentos para atender as demandas 
necessárias. A imagem 8 demostra a distribuição das áreas florestais. (AGEFLOR, 
2015) 
30 
 
 
Figura 8 - Distribuição das áreas de plantio de eucalipto no Rio Grande do Sul. 
Fonte: (AGEFLOR, 2015) 
 
Na década de 70, a empresa Florestamento do Sul (FLOSUL) pioneira no uso 
de madeiras na fabricação de moveis para construção civil, junto a empresa 
norueguesa Borregaard que inicia suas atividades de produção de celulose, as 
margens do rio Guaíba, alavancam o uso do eucalipto, tornando-o uma fonte 
econômica de relevância no estado. (AGEFLOR, 2015) 
 
3.3.3 UTILIZAÇÃO DO EUCALIPTO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA 
 
A madeira é um produto muito valioso de geração de energia, principalmente 
por ser uma fonte renovável, pois é proveniente da fotossíntese originada pela 
energia solar, a mesma é rica em componentes importantes como carbono, oxigênio 
e hidrogênio. (BRITO e BARRICHELO, 1978 ) 
A estudos que indicam que 20% de toda energia produzido no Brasil é oriunda 
da lenha. O eucalipto é a madeira de maior utilização para fonte de energia através 
de biomassas, segundo a (AGEFLOR, 2015) o consumo em 2015 chegou a 74,2 
milhões de metros cúbicos, sendo que desse total, 87% é oriundo do eucalipto. O 
ramo industrial é em disparado o setor de maior utilização seguidos dos ramos 
residencial e agropecuários. Figura 9 demostra a oferta de energia através da lenha. 
 
31 
 
 
Figura 9 - Distribuição de energia, com destaque para lenha. 
 Fonte: (AGEFLOR, 2015) 
 
 
A crise energética que vem assombrando o mundo de uma maneira geral, faz 
com que pesquisas e desenvolvimentos na área de geração de energia através de 
biomassa ganhem importância no cenário acadêmico e industrial. 
A busca pela melhor utilização da madeira traz consigo algumas variáveis, 
segundo (BRITO e BARRICHELO, 1978 ) pontos como poder calorífico, umidade e 
densidade, são fatores essências a se avaliar na hora da utilizado da madeira para a 
queima. O poder calorífico é um dos fatores mais importantes, pois é a quantidade 
de energia liberada quando a queima do combustível é completamente efetuada, na 
madeira de eucalipto essa grandeza pode variar de 3800 kcal/kg até 4300 kcal/kg, o 
que para parâmetros de biomassas é um valor significativamente alto. A tabela 5 
demonstra a composição química da madeira. 
 
 
Tabela 4 - Composição química da madeira de eucalipto. 
Fonte: (BRITO e BARRICHELO, 1978 ) 
Elemento Concentração em massa (%)
Hidrogênio (H) 6,4
Carbono (C) 50,8
Nitrogênio (N) 0,4
Oxigênio (O) 41,8
Enxofre (S) -
32 
 
 
Um dos pontos importantes para ressaltar é a quantidade irrelevante de 
enxofre (S), que é um dos elementos mais indesejado, já que gera problemas de 
corrosão e poluição. 
A umidade é talvez o fator que acarrete maiores dificuldades para o controle do 
processo, pois quanto maior a umidade, mais energia será gasta para queimar esse 
combustível, pois é necessária a evapora-la primeiro da matéria. 
 Outro ponto apontado por (BRITO e BARRICHELO, 1978 ) é a análise 
imediata, para a obtenção do material volátil, carbono fixo e cinza. Material volátil é a 
queima do material que ocorrerá no estado gasoso, o carbono fixo é a queima no 
estado sólido, e as cinzas é o que sobrará da matéria. Esse parâmetro é muito 
relevante quando considerado que o material volátil queimará mais rapidamente, 
justamente por encontrar-se no estado gasoso, já o carbono fixo queimará mais 
lentamente, gerando assim uma melhor utilização do combustível como gerador de 
energia. Concluindo basicamente, é que o material que tem disponível maior 
carbono fixo leva vantagens na utilização como fonte de energia. 
 
3.4 RENDIMENTO ENERGÉTICO 
 
Toda a análise de rendimento energético mostra-se de grande importância, 
pois é a garantia de um funcionamento adequado do equipamento, de maneira a 
melhorar o aproveitamento de energia, afim de minimizar desperdícios. 
O cálculo é originado através de medições experimentais de maneira a adquirir 
os dados necessários, ou seja, quantidade de massa de combustível, vapor gerado, 
pressão e temperatura. Assim consegue-se determinar as energias envolvidas no 
processo, o calor e fluxos de massas, excessos de ar na combustão, perdas por 
convecção e condução ao ambiente (BAZZO, 1995). 
(BAZZO, 1995) demostra de maneira simples, que o rendimento térmico de um 
gerador de vapor, é um quociente matemático entre a energia capturada pelo fluido 
ao se transformar do estado líquido para gasoso, e a energia contida no combustível 
que é queimado na fornalha. 
A figura 10 demostra o fluxo das grandezas que compõe o sistema de um 
gerador de vapor.33 
 
 
Figura 10 - Fluxo de massa de um gerador de vapor. 
Fonte: (BAZZO, 1995) 
 
 
3.4.1 MÉTODO DIRETO 
 
 
Segundo (NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) o método direto de cálculo de 
rendimento, baseia-se na divisão entre a energia adquiria pelo fluido e a energia de 
consumo necessária de combustível. 
A medição da eficiência energética pelo método direto constitui-se em medir 
diretamente as vazões do fluído de entrada no gerador de vapor (água) e do fluído 
de saída (vapor), alinhados com suas condições termodinâmicas, como pressão, 
temperatura, entalpia, etc. Essas condições apresentadas devem ser controladas 
em períodos de tempos apropriados, com o intuito de obter valores médios e 
minimizar erros. Assim se torna possível obter a produção de vapor e o consumo de 
energia (combustível e eletricidade), pode-se então calcular a eficiência térmica do 
sistema. (BIZZO, 2003) 
Analisando (NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) percebe-se que a o método 
direto de cálculo só é possível de ser aplicado em caldeiras em operação, pois o 
mesmo traz relação direta entre o rendimento da caldeira e o consumo de 
combustível. Sendo assim esse método não é aplicável a novos projetos de 
geradores de vapor. 
A forma do cálculo de eficiência energética pelo método direto é apresentada 
na equação 1. (NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) 
34 
 
 
 
𝜂𝑑 =
�̇�𝑣 ⋅ (ℎ𝑣 − ℎ𝑎)
�̇�𝑐 ⋅ 𝑃𝐶𝐼
 
 
(1) 
 
onde: 𝜂𝑑 - é o rendimento pelo método direto (%); 
�̇�𝑣 - é a vazão mássica de vapor (kg/h); 
�̇�𝑐 - é a vazão mássica de combustível (kg/h); 
ℎ𝑣 - é a entalpia do vapor produzido (kJ/kg); 
ℎ𝑎 - é a entalpia da água de alimentação (kJ/kg); 
𝑃𝐶𝐼 – é o poder calorifico inferior do combustível (kJ/kg). 
 
No método direto a eficiência do sistema é apresentada pelo quociente entre a 
energia que é absorvida pelo fluido de trabalho que percorre o sistema, e a energia 
que é adicionada no sistema pelo combustível. A energia absorvida pelo fluido pode 
ser dada pelo produto da vazão mássica de vapor e o ganho de entalpia da água, 
quando a mesma muda do estado liquido para vapor. Em relação a energia 
introduzida no sistema pelo combustível, a mesma é dada pelo produto da vazão 
mássica de combustível e o Poder Calorifico Inferior característico do mesmo. 
(NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) 
Quando temos a produção de vapor saturado na caldeira, podemos dizer então 
que o fluido de trabalho se apresenta na fase líquida e gasosa devida a sua 
temperatura e pressão. Neste caso temos que obter o valor do título que a 
propriedade intensiva que demonstra a quantidade de massa de vapor introduzida 
na massa total do fluido. (NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) 
O título de vapor pode ser calculado de diferentes maneiras, porém, as 
literaturas demonstram em forma geral a utilização da equação 2 como a mais 
básica e original. 
 
 
 
𝑥 =
𝑚𝑣
𝑚𝑣 +𝑚𝑙
 
(2) 
 
35 
 
 
onde: 𝑥 - é o título de vapor. 
𝑚𝑣 – massa de vapor (kg) 
𝑚𝑙 – massa de liquido (kg) 
 
(BAZZO, 1995) Apresenta a equação 3 que pode ser utilizada para calcular a 
entalpia de saída quando há umidade no vapor. 
 
 ℎ𝑣 = ℎ𝑠 = (1 − 𝑥) ⋅ ℎ𝑙𝑠 + 𝑥 ⋅ ℎ𝑣𝑠 (3) 
 
 
onde: ℎ𝑣 - é a entalpia do vapor produzido (kJ/kg); 
ℎ𝑠 - é a entalpia do vapor que deixa a caldeira (kJ/kg); 
ℎ𝑣𝑠 - é a entalpia do vapor saturado (kJ/kg); 
ℎ𝑙𝑠 - é a entalpia do líquido saturado (kJ/kg); 
𝑥 - é o título de vapor. 
 
Substituindo na equação 4, temos então a equação. 
 
 
𝜂𝑑 = 
�̇�𝑣 ⋅ {[(1 − 𝑥) ⋅ ℎ𝑙𝑠 + 𝑥 ⋅ ℎ𝑣𝑠] − ℎ𝑎} 
�̇�𝑐 ⋅ 𝑃𝐶𝐼
 
 
(4) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
4 MATERIAIS E MÉTODO. 
 
Está parte visa demonstrar os materiais e o método utilizado para a realização 
da análise comparativa entre madeira de eucalipto e casca de arroz quando 
utilizados como combustível de um gerador de vapor misto. Os testes foram 
realizados na cidade de Balneário Pinhal – RS, em um gerador de vapor misto do 
modelo Arauterm CSV-IL. 
 
4.1 MATERIAIS 
 
4.1.1 CARACTERÍSTICAS DO GERADOR DE VAPOR. 
 
A primeira etapa consistiu em identificar as principais características da 
caldeira, assim como os dados de operação, para conseguir adotar uma melhor 
estratégia das análises as serem realizadas. 
O gerador de vapor é composto por uma antecâmara de combustão 
aquatubular, local em que o ocorre a queima do combustível, esta antecâmara fica 
localizada sobre o cinzeiro. A toma de ar é feita pela parte inferior a grelha, onde o 
mesmo está a temperatura ambiente, além disso, o gerador também é constituído 
por um condensador que está a pressão atmosférica, de um detentor de partículas 
do tipo multiciclone e um exaustor que realiza a tiragem dos gases, evitando o 
acumulo dos mesmo na parte superior do vaso de pressão. 
A tabela 5 demostrar mais alguns dados de natureza técnica do gerado de 
vapor. 
 
 
 Tabela 5 – Dados técnicos da caldeira. 
 Fonte: Anexo C. 
 
PMTA 11 kgf/cm²
Pressão de trabalhp 10 kgfcm²
Combustível Lenha / Biomassas
Produção de vapor 4000 kg/h
Capacidade térmica 2.560.000 kcal/h
Vapor Produzido Saturado Seco
Temperatura de referencia 20,0 °C
Dados técnicos da caldeira 
37 
 
4.1.2 CARACTERÍSTICAS DA AMOSTRA DE CASCA DE ARROZ. 
 
A amostra de casca de arroz foi utilizada em formato de briquetes de diâmetro 
7 cm e comprimento 60 cm, todos em formato padrão de prensagem. 
As especificações técnicas do material foram fornecidas através de laudos pelo 
fabricante, o que facilitou um controle dos dados necessários para o cálculo de 
rendimento térmico. 
A tabela 6 demonstra os dados técnicos dos briquetes de casca de arroz 
(anexo 
B). 
 
BRIQUETES DE CASCA DE ARROZ 
PCI (kJ/kg) Umidade (%) Massa (kg) Teor de cinzas (%) 
13890,9 9,23 1980 15 
Tabela 6 - Informações técnicas dos briquetes de arroz. 
Fonte: Anexo B 
 
 
O Poder calorífico inferior foi obtido através do teste por bomba calorimétrica 
conforme a norma ASTM D 240-02, e a umidade e teor de cinzas foi utilizado o 
método gravimétrico usando a referência da norma ABNT NBR ISO 4684/14. 
 
4.1.3 CARACTERÍSTICAS DA MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
A amostra de madeira de eucalipto, é composta por toras de tamanhos 
aleatórios, pois a mesma é uma biomassa de difícil padronização, foram recolhidas 
toras com mais de 6 meses de armazenamento, com o intuito de a mesmas deterem 
um percentual de umidade relativamente baixo. 
A armazenagem ao ar livre é a forma mais comum utilizada para fazer com que 
as madeiras percam percentual de umidade, é um método demorado, mas que não 
exige nenhum tipo de investimento, além de tempo e espaço físico. Nessa situação 
de exposição as toras chegam a perder quase 50 % de seu percentual de umidade. 
Quando recém coletadas as madeiras de eucalipto podem chegar a ter em torno de 
60% de umidade presente, a queda desse percentual se da com decorrer do tempo, 
no início essa queda se mostra mais acentuada, mas após um período a mesma se 
38 
 
estabiliza, as madeiras podem chegar facilmente na faixa de 25 a 18 % de umidade 
(JANKOWSKY, 1990) 
 
4.2 MÉTODO. 
 
O rendimento energético foi estimado através da utilização do método direto de 
cálculo demostrado na seção 3.4.1 método direto. Foi realizado testes para cada 
amostra de combustível, mantendo a pressão, temperatura e vazão de maneira 
constante e alimentação de combustível padronizada através da análise prévia dos 
dados de operação do equipamento. 
 
4.2.1 TESTES COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
Os testes com a madeira de eucalipto foram realizados em duplicatas, onde 
dois lotes 2000 kg foram utilizados para aos testes. Retirou-se de um quarto das 
amostras medidas de umidade para poder determinar o poder calorífico da mesma, 
sendo escolhidas toras com período de secagem de mais de 150 dias. 
O gerador foi iniciado com uma massa de 700 kg que foi utilizado como base 
de cálculo para os dois testes, essa massa tem como objetivo executara iniciação 
do equipamento até a sua estabilização na pressão, e vazão desejada. 
 
4.2.2 TESTES COM A CASCA DO ARROZ. 
 
Os testes com a casca de arroz briquetadas, tiveram variação em relação a 
massa utilizada, primeiro teste foi realizado com carga total, ou seja, os 2000 kg, o 
segundo teste foi realizado através de uma mistura de meia carga de casca de arroz 
e meia carga de madeira de eucalipto. Esta variação foi necessária, tendo em vista 
que o teste com 100% da carga apresentou dificuldades de queima, trazendo assim 
uma necessidade de adaptação para o teste. Todos os dados técnicos foram obtidos 
através do laudo técnico fornecido, conforme tabela 6 apresentada acima. 
Foi utilizado os mesmos 700 kg para iniciar o gerador de vapor, com a 
finalidade de estabilizar o equipamento, igualmente como demostrado acima para o 
teste com a madeira de eucalipto este valor será levado em consideração para todos 
39 
 
os cálculos, mas como são valores idênticos de massa, foi utilizado o mesmo valor 
para energia. 
 
4.2.3 CÁLCULO DO RENDIMENTO. 
 
Tendo em vista que o gerador de vapor produz vapor saturado usou-se a 
equação 5 como padrão de cálculo. 
 
 
𝜂𝑑 =
�̇�𝑣 ⋅ (ℎ𝑣 − ℎ𝑎)
�̇�𝑐 ⋅ 𝑃𝐶𝐼
 
 
(5) 
 
onde: 𝜂𝑑 - é o rendimento pelo método direto (%); 
�̇�𝑣 - é a vazão mássica de vapor (kg/h); 
�̇�𝑐 - é a vazão mássica de combustível (kg/h); 
ℎ𝑣 - é a entalpia do vapor produzido (kJ/kg); 
ℎ𝑎 - é a entalpia da água de alimentação (kJ/kg); 
𝑃𝐶𝐼 – é o poder calorifico inferior do combustível (kJ/kg). 
 
4.2.3.1 Vazão mássica de vapor. 
 
 A vazão mássica de vapor foi obtida através de um medidor de vazão 
instalado na tubulação de saída da caldeira, o medidor gerava os dados em kg/h que 
eram captados no intervalo de tempo de 20 segundo. Com esse resultado, o mesmo 
foi dividido pelo tempo do teste, para se obter a taxa por segundo. Conforme 
equação 6. 
 
 
�̇�𝑣𝑠 = 
�̇�𝑣
3600
 
 
(6) 
onde: �̇�𝑣 - é a vazão mássica de vapor (kg/h); 
�̇�𝑣𝑠 - é a mássica de vapor por segundo (kg/s); 
 
40 
 
4.2.3.2 Vazão mássica de combustível. 
 
Como as massas dos lotes são conhecidos, vazão mássica foi calculada 
através da razão entre a massa do lote queimado e o tempo de duração do teste. 
Conforme equação 7. 
 
 
�̇�𝑐 = 
𝑀𝑙𝑜𝑡
𝑡

 
(7) 
 
onde: �̇�𝑐 - é a vazão mássica de combustível (kg/h); 
𝑀𝑙𝑜𝑡 - é a massa total do lote utilizado (kg); 
𝑡 - é o tempo de queima (s). 
 
4.2.3.3 entalpia da água de alimentação 
 
A entalpia da água de alimentação foi obtida por meio de aproximações com a 
temperatura superficial da tubulação de alimentação da caldeira, e utilização dos 
conceitos de transferência de calor. 
Medindo a temperatura externa da tubulação, consegue-se por meio da 
equação 8, estimar o fluxo de calor por convecção, da superfície do tubo ao ar 
ambiente. 
 
 
𝑞 = 
𝑇1 − 𝑇2
1
ℎ . 2𝜋 . 𝑟 . 𝐿
 
 (8) 
 
onde: 𝑞 - é o fluxo de calor (W); 
𝑇1 - é a temperatura na superfície da tubulação (K); 
𝑇2 - é a temperatura do ambiente externo (K); 
ℎ - é o coeficiente convectivo do fluido (W/m².K); 
 𝑟 - é o raio externo da tubulação (m); 
41 
 
 𝐿– é o comprimento da tubulação (m). 
 
Conforme demonstra o (INCROPERA, 2008), o fluxo de calor é constante em 
todas as regiões do meio em que ocorre a transferência de calor, sendo assim, com 
o conhecimento deste valor, conseguimos obter através da equação 9, um valor 
aproximado para a temperatura do fluido (água) no interior do tubo. 
 
 
𝑇1 = 𝑞 . ( (
1
ℎ .2𝜋 .𝑟.𝐿
) + (
ln(
𝑟2
𝑟1
)
 2𝜋 .𝑘 .𝐿
)) + 𝑇2 
 (9) 
 
onde: 𝑞 - é o fluxo de calor (W); 
𝑇1 - é a temperatura no interior da tubulação (K); 
𝑇2 - é a temperatura na superfície da tubulação (K); 
ℎ - é o coeficiente convectivo do fluido (W/m².K); 
𝑟1 - é o raio interno da tubulação (m); 
𝑟2 - é o raio externo da tubulação (m); 
𝐿 – é o comprimento da tubulação (m); 
𝑘 – é o coeficiente condutivo do material da tubulação (W/m.K). 
 
O valor encontrado em T1 foi o utilizado para encontrar a entalpia através das 
propriedades da água saturada (Anexo A). 
 
4.2.3.4 entalpia do vapor 
 
A entalpia do vapor saturado liberado pelo gerador é encontrada através das 
propriedades da água saturada (Anexo A). Utilizando como referência a pressão da 
caldeira. 
 
 
 
 
42 
 
4.2.3.5 Poder calorífico inferior. 
 
O valor do poder calorifico inferior para a amostra de casca de arroz foi obtida 
através do laudo do fornecedor (anexo B) e o valor para a madeira de eucalipto, foi 
obtido através de bibliografias especializadas (anexo C). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO. 
 
 
O tópico visa apresentar os resultados obtidos através dos testes com a 
madeira de eucalipto e a casca do arroz, bem como proporcionar a discussão dos 
mesmos. 
 
5.1 CÁLCULO DE RENDIMENTO COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
5.1.1 TESTE UM COM MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
O primeiro lote utilizado de 2000 kg passou por medições de umidade onde foi 
medido o valor de um quarto da mostra, resultando em uma umidade de 19,78% ± 
2,47%, para uso de cálculo esse valor ajustado para 20% de umidade, segundo o 
(NOGUEIRA e NOGUEIRA, 2005) o valor de energia por quilograma de matéria 
nessa condição é de 14354,1 kJ/kg. 
Se estimou também a temperatura interna da tubulação da água de 
alimentação do gerador de vapor, utilizando como base a maior temperatura 
encontrada na superfície externa da tubulação que foi de 325 K medida no segundo 
teste, e determinando por premissa que essa tubulação estava exposta a ar 
ambiente de 298 K e a uma brisa fraca, utilizou-se então o coeficiente convectivo do 
ar com valor de 20 W/m².K. A tubulação é composta por um material inox 304 
Schedule 40, diâmetro externo de 0,06033 m, e comprimento aproximado de 4 m. 
Através desses dados determinamos o fluxo de calor na tubulação. 
 
𝑞 = 
325 − 298
1
20 . 2𝜋 . 0,03016 . 4
= 409,39 𝑊 
 
Sabendo que o fluido é água, foi levando em consideração que a mesma 
encontrasse parada pela maior parte do tempo, então determinou-se o coeficiente 
convectivo sendo 60 W/m².K. Levando em conta o material da tubulação, o 
(INCROPERA, 2008) determina para inox 304 na temperatura média de 300 K um 
coeficiente condutivo de 14,9 W/m.K, diâmetro interno da tubulação é de 0,02625 m. 
44 
 
Obtendo este resultado do fluxo de calor e com os dados descritos acima, 
conseguimos determinar a temperatura interna do tubo com a finalidade de achar a 
entalpia da água de alimentação do equipamento. O teste obteve como temperatura 
média 318 ± 5,7, então temos: 
𝑇1 = 409,39 .
(
 
 
 (
1
60 . 2𝜋 . 0,02625.4
) + (
ln (
0,03016
0,02625
)
 2𝜋 . 14,9 . 4
)
)
 
 
+ 318 
 
𝑇1 = 328,49 𝐾 = 55,49 °𝐶 
 
Com o resultado foi determinado a entalpia da água de alimentação através da 
tabela de propriedade da água saturada. Correspondente a 230,21 kJ/kg. 
O teste teve como tempo total, desde a início até o termino a produção de 
vapor o tempo de 3 horas e 50 minutos, resultando em um total de 13800 segundo. 
O valor medido da taxa mássica de vapor por hora foi de 2846,0 ± 312,32 kg/h, e 
sabendo que o lote de madeira tinha massa de 2000 kg mais os 700 kg para 
estabilizar o gerador de vapor. 
Com esses valores conseguimos achar a taxa mássica de vapor e de 
combustível por segundo. 
 
�̇�𝑣𝑠 = 
2846,0
3600
= 0,791 𝑘𝑔/𝑠 
 
�̇�𝑐 = 
2700
13800
= 0,196 𝑘𝑔/𝑠
 
A pressão da caldeira foi estipulada em 10 kgf/cm² ou 1 MPa, a tabela das 
propriedades da água saturada nos dá o valor da entalpia de 2778,1 kJ/kg. Com 
esse último valor, conseguimos calcular o rendimento da caldeira. 
 
𝜂𝑑 =
0,791 ⋅ (2778,1 − 230,21)
0,196 ⋅ 14354,1
= 0,7172 
45 
 
 
𝜂𝑑 = 71,72% 
 
5.1.2 TESTE DOIS COM MADEIRA DE EUCALIPTO 
 
O segundo teste tomacomo base todos os parâmetros do primeiro, foi 
respeitas todas as criticidades. 
Igualmente como o primeiro teste a massa utilizada para teste foi de 2000 kg 
mais os 700 kg, as medições de umidade da amostra obtiveram o valor de 21,0% ± 
2,34%, como os valores da medições dos dois teste não tiveram resultados com 
grande diferença, foi utilizado o mesmo valor de poder calorífico para o combustível 
de 14354,1 kJ/kg. 
A água de alimentação apresentou valor de temperatura de 325 ± 1,4 K, como 
já achamos o fluxo de calor que demostramos acima e admitindo o mesmo como 
verdade utilizaremos apenas a equação para achar o valor da temperatura no 
interior do tubo. 
 
 𝑇1 = 409,39 .
(
 
 
 (
1
60 . 2𝜋 . 0,02625.4
) + (
ln (
0,03016
0,02625
)
 2𝜋 . 14,9 . 4
)
)
 
 
+ 325 
 
𝑇1 = 335,49 𝐾 = 62,49 °𝐶 
 
O valor corresponde a uma entalpia de 261,52 kJ/kg. A variação de 
temperatura e de entalpia é justificada pelo processo do gerador de vapor, sendo 
que apenas parte da água volta do processo ao condensador, a outra parte é 
complementada por água a temperatura ambiente. 
O teste dois teve como tempo total 3 horas e 40 minutos, totalizado assim um 
tempo de 12600 segundo. As massas de combustíveis utilizada foi de 2000 kg mais 
os 700 kg e a produção de vapor realizada foi de 2932,4 ± 305,74 kg/h. Tem então 
os respectivos valores. 
 
46 
 
�̇�𝑐 = 
2700
13200
= 0,205 𝑘𝑔/𝑠

�̇�𝑣𝑠 = 
2932,4
3600
= 0,851 𝑘𝑔/𝑠 
 
O gerador de vapor operou nas mesmas condições de 1 MPa, sendo assim se 
mantém o valor da entalpia de 2778,1 kJ/kg. O cálculo do rendimento energético 
obteve o resultado de: 
 
𝜂𝑑 =
0,851 ⋅ (2778,1 − 261,52)
0,205 ⋅ 14354,1
= 0,6983 
 
𝜂𝑑 = 69,83% 
 
5.1.3 DISCUSSÃO DO RESULTADOS DO TESTES COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
Os testes apresentaram uma variação entre si de aproximadamente 2% em 
seu rendimento energético, este valor tem pouca relevância. Junto a isso os testes 
demostram que o gerador de vapor opera com um rendimento abaixo do ideal para 
esse modelo de equipamento, que deveria ter valores próximos de 80 a 85%. 
Alguns fatores podem determinar certas variações de rendimento, a 
alimentação de combustível é um dos fatores mais relevantes, o procedimento é 
feito manualmente pelo operador da caldeira, sendo assim apresenta a falta de 
padronização, ocorrendo por vezes alimentação a mais ou a menos que a 
necessária. 
Outros dois pontos que devem ser salientados, são a da exaustão dos gases e 
a alimentação de água, os dois ocorrem de maneira intermitente, ou seja, em 
intervalos. No caso da exaustão, ocorre o acumulo dos gases quentes na parte 
superior da caldeira, assim prejudicando a entrada de ar para a combustão 
completa. Já no segundo caso, a alimentação de água é feita somente quando a 
caldeira apresenta nível baixo de água, isso faz com que o equipamento seja 
47 
 
inundado de água toda a vez que a bomba alimenta o vaso de água, apresentando 
assim variações buscas na pressão. 
 
5.2 CÁLCULO DE RENDIMENTO COM A MADEIRA DE EUCALIPTO. 
 
5.2.1 TESTE UM COM A CASCA DE ARROZ. 
 
O teste foi realizado com 2000 kg de casca de arroz em briquetes e o lote de 
controle de 700 kg de eucalipto. As características do material que foram levadas em 
consideração para este teste estão referenciadas na tabela 6. 
Após a utilização do lote de eucalipto, estabilizou-se o gerador de vapor, e 
então iniciou a alimentação com o briquetes de casca de arroz, verificou-se no 
decorrer do teste que o combustível apresentou dificuldades de atingir uma 
combustão satisfatória, tendo em vista que a compactação do mesmo se desfez no 
decorrer da queima gerando particulados, e assim ocasionou o abafamento das 
tomadas de ar da grelha, por consequência o enfraquecimento das chamas e da 
liberação de calor para vaporização da água. Foi notado que com a movimentação 
da carga que foi realizada manualmente, e a exaustão ocorrendo no seu nível 
elevado, proporcionava uma melhora das condições de combustão, mas não tendo 
como manter essas condições sempre ativas, dificulto o andamento do experimento. 
Nas condições apresentadas do teste, não se conseguiu dados suficientes para 
analisar o rendimento do gerador, inviabilizando o decorrer do procedimento. 
 
5.2.2 TESTE DOIS COM A CASCA DE ARROZ. 
 
O segundo teste foi realizado a partir de uma mistura de eucalipto e casca de 
arroz, com a proposta de usar uma proporção de 50% da carga total de cada 
combustível, utilizando no total 1000 kg de briquete de casca de arroz e 1000 kg de 
madeira de eucalipto, além do lote de controle. 
Mesmo com as melhoras no desempenho do equipamento, ele apresentou, 
após algumas horas semelhantes problemas, as dificuldades de realizar a 
combustão de maneira ideal, o abafamento de algumas partes da grelha. Foi 
48 
 
possível a utilização da 600 kg de briquete de casca de arroz, além da toda carga do 
eucalipto. 
A análise da umidade da madeira de eucalipto teve resultado de 19,90 ± 
2,15%, novamente dentro dos padrões já demostrados, utilizado para esse teste o 
mesmo valor de poder calorífico 14354,1 kJ/kg, para a casca de arroz foi utilizado os 
dados da tabela 6, retirados do laudo laboratorial (Anexo B), o poder calorífico 
utilizado foi 13890,88 kJ/kg com umidade de 9,23%. 
A água de alimentação teve média de temperatura de 314 ± 1,5, estimando a 
temperatura interna da tubulação, temos: 
 
𝑇1 = 409,39 .
(
 
 
 (
1
60 . 2𝜋 . 0,02625.4
) + (
ln (
0,03016
0,02625
)
 2𝜋 . 14,9 . 4
)
)
 
 
+ 314 
 
𝑇1 = 324,49 𝐾 = 51,49 °𝐶 
 
Foi determinado a entalpia para água de alimentação do gerador através da 
temperatura encontrada acima, cujo o valor é de 215,54 kJ/kg. 
O teste teve duração de aproximadamente 3 horas o que em segundo é 10800 
segundos, como foi utilizado dois combustíveis, realizou-se o cálculo da taxa 
mássica para ambos separadamente. 
Para eucalipto temos: 
 
�̇�𝑐 = 
1700
10800
= 0,157 𝑘𝑔/𝑠
 
Multiplicando a taxa mássica para poder calorífico temos o valor de 2259,44 
kJ/s de energia liberada por segundo, pelo eucalipto. 
Realizando o mesmo para a casca de arroz, obtemos: 
 
�̇�𝑐 = 
600
10800
= 0,056 𝑘𝑔/𝑠 
49 
 
 
Que multiplicada pelo seu respectivo poder calorífico, resulta em 771,72 kJ/kg 
de energia liberada por segundo. 
A geração de vapor foi estabilizada e o resultado foi de 2758,6 kg/h resultando 
na taxa de: 
�̇�𝑣𝑠 = 
2758,6
3600
= 0,766 𝑘𝑔/𝑠 
 
O gerador de vapor operou nas mesmas condições de 1 MPa, foi utilizado a 
mesma entalpia dos testes anteriores no valore de 2778,1 kJ/kg. O cálculo do 
rendimento energético obteve o resultado de: 
 
𝜂𝑑 =
0,766 ⋅ (2778,1 − 215,54)
(771,72 + 2259,44)
= 0,6474 
 
𝜂𝑑 = 64,74% 
 
5.3 COMPARATIVO ENTRE OS TESTES. 
 
Os testes demostraram uma variação significativa entre os rendimentos da 
casca de arroz e da madeira de eucalipto, demonstra que o eucalipto tem melhor 
performance para esse modelo de gerador de vapor. 
Além disso, a casca de arroz apresentou dificuldade em manter uma 
combustão adequada resultando no entupimento das tomas de ar e assim gerando 
dificuldades na propagação do calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
50 
 
6 CONCLUSÃO. 
 
 
Este trabalho apresentou uma análise comparativa de rendimento energético 
de um gerador de vapor misto classe B, equipamento opera na faixa de pressão de 
10 kgf/cm². A análise levou em consideração a utilização de dois combustíveis, são 
eles a madeira de eucalipto e casca de arroz em formato de briquete. 
Os resultados demostraram um melhor desempenho da madeira de eucalipto, 
onde foi obtido rendimento de 71,72% e 69,83% para os testes realizados. Já a 
casca de arroz demostrou muitas dificuldades no processo queima, tornando difícil a 
análise quando utilizada na mesma proporção do eucalipto, foi então proposto uma 
mistura de carga, utilizando 50% de cada combustível, o teste não solucionou