ENERGETIC PERFORMANCE OF A PORTABLE COOKING STOVE PROTOTYPE FOR NINE Eucalyptus SPECIES

Autores

  • André Luis Christoforo christoforoal@yahoo.com.br
    Universidade Estadual do Centro-Oeste
  • Everson Prado Banczek edopradobanczek@yahoo.com.br
    Universidade Estadual do centro-Oeste Departamento de Química
  • Juliana Mendonça Fávaro jmfavaro@hotmail.com
    Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal
  • Leônidas Kluger leonidaskluger123@hotmail.com
    Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de engenharia florestal
  • Alison Margraf alisonmagraf@hotmail.com
    Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal
  • Gilmara Oliveira Machado gilmaramachado@yahoo.com.br
    Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal

DOI:

10.31413/nativa.v7i6.7931

Resumo

AVALIAÇÃO DA QUALIDADE ENERGÉTICA DE UM PROTÓTIPO DE FOGÃO À LENHA PORTÁTIL PARA NOVE ESPÉCIES DE EUCALIPTO

 

Os fogões tradicionais são energeticamente ineficientes e exigem alta quantidade de lenha. O objetivo desta pesquisa consiste na construção de um fogão à lenha portátil e eficiente, baseado na tecnologia rocket stove. Esses fogões são projetados para um menor consumo de lenha e uma menor emissão de gases (CO2, CO e SO2). O protótipo foi construído com materiais metálicos recicláveis e vidro moído para isolamento térmico da câmera de combustão. Nove espécies de Eucalyptus foram utilizadas como combustível. A avaliação da qualidade energética do fogão ocorreu mediante a determinação da eficiência energética e consumo de combustível, bem como por estimativas da potência calorífica e quantidade de gases liberados na combustão (CO2, CO e SO2). A eficiência energética média alcançou a faixa de 6,8% a 10,4%, com consumo de combustível em torno de 0,1 kg para cada 20 minutos de funcionamento. A potência situou-se entre 94,1 e 326,0 W e os teores de gases foram 0,2 Nm3/kg de CO2, 0,02 Nm3/kg de CO e 10-5 Nm3/kg para SO2. As medidas de eficiência do protótipo desenvolvido superaram medidas similares de fogões à lenha metálicos residenciais da mesma cidade de Irati, os quais se situam entre 2,9 e 4,6%, tendo o fogão melhorado valor semelhante de outros países. Portanto, esse protótipo apresentou um resultado bastante promissor, além de oferecer um baixo custo de produção.

Palavras-chave: fogão melhorado; biomassa de floresta plantada; eficiência; emissão de gases.

 

ABSTRACT:

Traditional cook stoves are energetic inefficient and demands high quantity of fuelwood. The aim of this study is to build a portable and efficient cooking stove based on the rocket stove technology that are projected to make better use of the energy released in combustion with lower fuel consumption and gas emission (CO2, CO and SO2) than traditional stoves. Our prototype was built with recyclable metal materials and glass particles for thermal insulation of the combustion chamber. Nine Eucalyptus species were used as fuel. The cook stove evaluation occurred by the determination of thermal energy efficiency and fuel consumption, as well as estimated measurements of the thermal power and released gas amount (CO2, CO e SO2). The average energy efficiency reached the range from 6.8% to 10.4%, with a fuel wood consumption of about 0.1 kg for each 20-minute operation. Thermal power was from 94.1 to 326.0 W, and the gas level was about 0.2 Nm3/kg CO2, 0.02 Nm3/kg CO, and 10-5 Nm3/kg SO2. The thermal efficiency of our prototype exceeded twice than the values of traditional stoves in Irati city that are range from 2.9 to 4.6%, having the improved cook stove similar value of other world stoves. Our prototype presents a promising result in addition to offer a low production cost.

Keywords: rocket stove; biomass from planted forest; efficiency; gas emissions.

Biografia do Autor

André Luis Christoforo, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Graduação em Química Bacharelado e Licenciatura pela Universidade Estadual do Centro Oeste (2004), doutorado em Ciências (Tecnologia Nuclear - Materiais) pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (2008). Experiência profissional na área de Química, atuando principalmente nas seguintes linhas: inovação tecnológica, eletroquímica, bioenergia, biocombustíveis, biodiesel, catalisadores heterogêneos para produção de biocombustíveis, corrosão, inibidores de corrosão, fosfatização e tratamento de superfície. Orientador do mestrado em Rede em Bioenergia (UNICENTRO-UEL-UEPG-UEM-UNOESTE-UFPR). Bolsista de Produtividade de Desenvolvimento Tecnológico e extensão inovadora do CNPq - desde 2013

Everson Prado Banczek, Universidade Estadual do centro-Oeste Departamento de Química

Graduação em Química Bacharelado e Licenciatura pela Universidade Estadual do Centro Oeste (2004), doutorado em Ciências (Tecnologia Nuclear - Materiais) pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (2008). Experiência profissional na área de Química, atuando principalmente nas seguintes linhas: inovação tecnológica, eletroquímica, bioenergia, biocombustíveis, biodiesel, catalisadores heterogêneos para produção de biocombustíveis, corrosão, inibidores de corrosão, fosfatização e tratamento de superfície. Orientador do mestrado em Rede em Bioenergia (UNICENTRO-UEL-UEPG-UEM-UNOESTE-UFPR). Bolsista de Produtividade de Desenvolvimento Tecnológico e extensão inovadora do CNPq - desde 2013.

Juliana Mendonça Fávaro, Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal

Possui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (2014) .

Leônidas Kluger, Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de engenharia florestal

Graduando do curso de Engenharia Florestal da Universidade Estadual do Centro-Oeste - Unicentro. Atua como aluno de Iniciação cientifica do laboratório de Economia e Mercado Florestal, com o projeto Análise de custos e produção da poda em Pinus taeda Utilizando ferramentas manual e semi-mecanizada, com orientação do Professor Dr. Gabriel de Magalhães Miranda. Aluno de Iniciação cientifica no laboratório de química da madeira, realizando pesquisas com fogões à lenha portátil, com orientação da Prof ª Drª Gilmara de Oliveira Machado, 2012-2013.

Alison Margraf, Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal

Graduado no curso de Engenharia Florestal da Universidade Estadual do Centro-Oeste - Unicentro.



Gilmara Oliveira Machado, Universidade Estadual do Centro-Oeste Departamento de Engenharia Florestal

Possui graduação (1997) em Ciências Exatas habilitação em Química, mestrado (2000) e doutorado (2004) na área de Ciências e Engenharia de Materiais. Na pesquisa de mestrado e doutorado atuou principalmente nos seguintes temas: modificação química de derivados de celulose, eletrólitos sólidos poliméricos a base de polissacarídeos e caracterização física e química de filmes condutores e seus componentes. Ambas as pesquisas - de mestrado e doutorado - foram desenvolvidas no Laboratório de Físico-Química Orgânica do Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Nesta mesma área realizou estágio de doutorado na Université Laval no centro de estudo e pesquisa de macromoléculas CERSIM (Centre de Recherche en Sciences et Ingénierie des Macromolécules), Quebec/Canadá em 2003. De 2004 a 2007 realizou pesquisa de pos doutorado no Laboratório de Madeiras e Estrutura de Madeiras (LaMEM), na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) também na USP. No pós-doutorado atuou principalmente na área de preservação de madeira tendo realizado estágio de pos-doutorado no CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) em Melbourne/Austrália em 2006. Atualmente é professora Associado A na Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO), no departamento de Engenharia Florestal. Em 2010 passou a ser docente permanente do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciências Florestais atuando nesta área até julho de 2011. Em 2014 passou a ser docente permanente do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Bioenergia, na linha de Pesquisa Geração e Caracterização de Matéria-Prima, na área de Concentração de Biocombustíveis e Energias Renováveis.

Referências

BALLARD-TREMEER, G.; JAWUREK, H. H. Comparison of five rural, wood-burning cooking devices: efficiencies and emissions. Biomass and Bioenergy, Oxford, v. 11, n. 5, p. 419-430, 1996. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/S0961-9534(96)00040-2

BORGES, T. P. F. Fogão a lenha de combustão limpa. 1994. 121f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brazil, 1994.

BRAND, M. A. Energia de biomassa florestal. Rio de Janeiro: Interciência, 2010. 114 p.

BRAND, M. A.; MUÑIZ, G. I. B.; BRITO, J. O.; QUIRINO, W. F. Influência das dimensões da biomassa estocada de Pinus taeda L. e Eucalyptus dunnii Maiden na qualidade do combustível para geração de energia. Revista Árvore, Viçosa, v. 38, n. 1, p. 175-183, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S0100-67622014000100017

BRITO, J. O. O uso energético da madeira. Estudos Avançados, São Paulo, v. 21, n. 59, p. 185-193, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S0103-40142007000100015

BRITO, J. O.; CINTRA, T. C. Madeira para energia no Brasil: realidade, visão estratégica e demanda de ações. Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 157-163, 2004.

CASH, D. W.; CLARK, W. C.; ALCOCK, F.; DICKSON, N. M.; ECKLEY, N.; GUSTON, D. H.; JÄGER, J.; MITCHELL, R. B. Knowledge systems for sustainable development. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Washington, v. 100, n. 14, p. 8086-8091, 2003. DOI: https://dx.doi.org/10.1073/pnas.1231332100

CASTRO, L. R.; CORTEZ, L. A. B. Influência da temperatura no desempenho de biodigestores com esterco bovino. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola Ambiental, Campina Grande, v. 2, n. 1, p. 97-102, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v2n1p97-102

CORTEZ, L. A. B.; LORA, E. E. S.; GÓMEZ, E. O. Biomassa para energia. Campinas: Unicamp, 2009. 735 p.

DANMARK, C. A. R. E. Pre-feasibility study for an improved cook stoves project in Northern Ghana. Energica, 2009. 65 p.

DOAT, J. Le pouvoir calorifique des bois tropicaux. Boiset Forêts des Tropiques. n. 172, p. 33-55, 1977.

EPE_EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2018: Ano base 2017. 2018. Disponível em: <http://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-energetico-nacional-2018>. Acesso em 17 de abril de 2019.

GABRIELLE, B.; THE, N. N.; MAUPU, P.; VIAL, E. Life cycle assessment of eucalyptus short rotation coppices for bioenergy production in southern France. GCB Bioenergy, v. 5, n. 1, p. 30-42, 2013. DOI: https://dx.doi.org/10.1111/gcbb.12008

JOSHI, V.; VENKATARAMAN, C.; AHUJA, D. R. Emissions from burning biofuels in metal cookstoves. Environmental Management, New York, v. 13, n. 6, p. 763-772, 1989. DOI: https://dx.doi.org/10.1007/BF01868315

KIDANU, S.; MAMO, T.; STROOSNIJDER, L. Biomass production of Eucalyptus boundary plantations and their effect on crop productivity on Ethiopian highland Vertisols. Agroforestry Systems, Dordrecht,v. 63, n. 3, p. 281-290. DOI: https://dx.doi.org/10.1007/s10457-005-5169-z

LAU, P. C.; MACHADO, G. O.; NOGUEIRA, L. A. H; CHRISTOFORO, A. L.; GONÇALVES, D.; LAHR, F. A. R. Evaluation of the efficiency energy of wood stove from Irati Brazilian city. International Journal of Agriculture and Forestry, v. 3, n. 7. p. 267-272, 2013.

MACHADO, G. O.; CHRISTOFORO, A. L.; BERTOLINI, M. S.; DINIZ, C. C. C.; SILVA, F. N.; SZEKUT, F. P.; MATOS, F. G. Avaliação da qualidade energética e ambiental de fogão à lenha portátil para a cidade de Irati/Pr. Journal of Biotechnology and Biodiversity. v. 5, n. 2, p. 182-193, 2014. DOI: https://dx.doi.org/10.19180/1809-2667.v17n315-06

MCCRACKEN, J. P.; SMITH, K. R. Emissions and efficiency of improved woodburning cookstoves in Highland Gatemala. Environment International, New York, v. 24, n. 7, p. 739-747, 1998. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/S0160-4120(98)00062-2

MÜLLER, M. D.; COUTO, L.; LEITE, H. G.; BRITO, J. O. Avaliação de um clone de eucalipto estabelecido em diferentes densidades de plantio para produção de biomassa e energia. Biomassa & Energia, v. 2, n. 3, p. 177-186, 2005.

NOGUEIRA, L. A. H.; LORA, E. E. S. Dendroenergia: fundamentos e aplicações. Rio de Janeiro: Interciencia, 2003. 200 p.

NORTHCROSS, A. L.; HAMMOND, S. K.; CANUZ, E.; SMITH, K. R. Dioxin inhalation doses from wood combustion in indoor cookfires. Atmospheric Environment, Oxford, v. 49, n. 2012, p. 415-418, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.11.054

NOSEK, R.; HOLUBCIK, M.; JANDACKA, J. The impacts of bark content of wood biomass on biofuel properties. BioResources. Raleigh, v. 11, n. 1, p. 44-53. DOI: https://dx.doi.org/10.15376/biores.11.1.44-53

PARIKH, J.; CHANNIWALA, S. A.; GHOSAL, G. K. A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, London, v. 84, n. 5, p. 487-494, 2005. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2004.10.010

ROCKWOOD, D. L.; RUDIE, A. W.; RALPH, S. A.; ZHU, J. Y.; WINANDY, J. E. Energy product options for eucalyptus species grown as short rotation woody crops. International Journal of Molecular Sciences. v. 9, n. 8, p. 1381-1378, 2008. DOI: https://dx.doi.org/10.3390/ijms9081361

ROSILLO-CALLE, F.; BAJAY, S.; ROTHMAN, H. Uso da biomassa para produção de energia na indústria brasileira. Campinas, Unicamp, 2005. 448 p.

SANTOS, R. C.; CARNEIRO, A. C. O.; TRUGILHO, P. F.; MENDES, L. M.; CARVALHO, A. M. M. L. Análise termogravimétrica em clones de eucalipto como subsídio para a produção de carvão vegetal. Cerne, Lavras, v. 18, n. 1, p. 143-151, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S0104-77602012000100017

SCARLAT, N.; DALLEMAND, J. F.; SKJELHAUGEN, O. J.; ASPLUND, D.; NESHEIM, L.; An overview of the biomass resource potential of Norway for bioenergy use. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, n. 7, p. 3388-3398, 2011. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.04.028

SEIXAS, F.; COUTO, L.; RUMMER, R. B. Colheita de plantios arbóreos de curta rotação para energia. Biomassa & Energia, v. 3, n. 1, p. 1-16, 2006.

SOUZA, O.; SCHULZ, M. A.; FISCHER, G. A. A.; WAGNER, T. M.; SELLIN, N. Energia alternativa de biomassa: bioetanol a partir da casca e da polpa de banana. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola Ambiental. Campina Grande, v. 16, n. 8, p. 915-921, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S1415-43662012000800015

TUME – TESTE DE USO MÚLTIPLO DE EUCALIPTOS. TUME. 2010. Disponível em: http://www.ipef.br/eventos/2010/eucaliptocultura/06-TUME.pdf. Acesso em 22 de fevereiro de 2016.

ZHANG, J.; SMITH, K. R.; UMA, R.; MA, Y.; KISHORE, V. V. N.; LATA, K.; KHALIL, M. A. K.; RASMUSSEN, R. A.; THORNELOE, S. T. Carbon monoxide from cookstoves in developing countries: 1. Emission factors. Chemosphere: Global Change Science, v. 1, n. 1-3, p.353-366, 1999. DOI: https://doi.org/10.1016/S1465-9972(99)00004-5

ZANUNCIO, A. J. V.; MONTEIRO, T. C.; LIMA, J. T.; ANDRADE, H. B.; CARVALHO, A. G. Drying biomass for energy use of Eucalyptus urophylla and Corymbia citriodora logs. BioResources, Raleigh, v. 8, n. 4, p. 5159-5168, 2013.

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Publicado

2019-11-11

Como Citar

Christoforo, A. L., Banczek, E. P., Fávaro, J. M., Kluger, L., Margraf, A., & Machado, G. O. (2019). ENERGETIC PERFORMANCE OF A PORTABLE COOKING STOVE PROTOTYPE FOR NINE Eucalyptus SPECIES. Nativa, 7(6), 771–777. https://doi.org/10.31413/nativa.v7i6.7931

Edição

v. 7 n. 6 (2019)

Seção

Engenharia Florestal / Forest Engineering

Licença

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