Estudo do comportamento térmico da Acácia Negra por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termigravimétrica (TGA)

Resumo

No Brasil, a acácia negra (Acacia mearnsii De Wild) é plantada para fins comerciais, obtendo-se tanino, a partir da casca (teor acima de 40% em base seca), bem como celulose, madeira aglomerada e carvão vegetal. Neste trabalho, estudou-se o processo de pirólise da madeira de acácia negra através de análise termogravimétrica (TGA) e ensaios de calorimetria exploratória diferencial (DSC). A primeira técnica determina a perda de massa da amostra, enquanto a segunda determina os fluxos de calor dos eventos térmicos, ambas durante um programa controlado de aquecimento. Os ensaios foram executados a partir da temperatura ambiente até 900ºC no TGA e da temperatura ambiente até 500ºC no DSC, sob atmosfera inerte (N2), empregando-se uma taxa de aquecimento de 10C.min-1. A variável empregada foi o fechamento ou não da célula porta-amostra durante o aquecimento, objetivando-se avaliar os efeitos da difusão dos gases no processo de pirólise da amostra. Comparando-se os resultados obtidos via TGA e DSC, concluiu-se que a madeira de acácia negra perde água em torno de 70°C, segundo um evento endotérmico, e que a pirólise dos materiais ligno-celulósicos ocorre acima de 370°C, exotermicamente. O fechamento da célula porta-amostras desloca a ocorrência do processo de pirólise dos materiais ligno-celulósicos para temperaturas maiores, assim como o evento de perda de água também é afetado no mesmo sentido. Ou seja, a não-difusão de gases ocasiona o deslocamento das reações exotérmicas. Este estudo contribui para uma melhor compreensão dos processos de pirólise da acácia negra, levando ao melhoramento das atuais práticas de conversão da biomassa em carvão vegetal.
Palavras-chave: Acácia Negra. Pirólise. Termogravimetria. DSC.

ABSTRACT
The present work aimed at investigating the conditions used in the measurements of the pyrolysis process of Acacia mearnsii De Wild. wood. The pyrolysis behavior was experimentally investigated through thermogravimetry (TGA) and differential scanning Calorimetry (DSC). The heat of pyrolysis varied according to the experimental conditions: opened versus closed systems. It was concluded that the acacia wood loses water around 70ºC, according to an endothermic event and that the pyrolysis of lingo-cellulosic materials occurs above 370ºC, exothermically. Closed systems shift the events to higher temperatures since the presence of the lid prevents the evaporation and diffusion of primary volatiles, promoting secondary char formation reactions. The obtained results contribute to better understand the biomass pyrolysis processes, in particular the A. mearnsii pyrolysis, leading to an improvement of the presently applied methods for charcoal biomass conversion.
Keywords: Acacia Mearnsii De Wild. Pyrolysis. Thermogravimetry. DSC.