Influência das variáveis envolvidas no plantio de arroz nas características da cinza de casca de arroz

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    Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 9, n. 4, p. 67-82, out./dez. 2009. ISSN 1678-8621 © 2005, Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Todos os direitos reservados. 67 Influência das variáveis envolvidas no plantio de arroz nas características da cinza de casca de arroz Influence of the variables involved in the planting of rice in the rice husk ash’s characteristics Everton José da Silva Jorge Luís Akasaki Jean Richard Dasnoy   Resumo produção de arroz no Brasil em 2008 foi de aproximadamente 12 milhões de toneladas e para atingir essa quantidade são utilizadas diversas técnicas de plantio e diferentes cultivares nas distintas regiões onde o arroz é cultivado. Como a cinza de casca de arroz (CCA) é a pozolana de srcem vegetal mais estudada pelos pesquisadores que trabalham na área de materiais pozolânicos, o presente trabalho compreende uma análise da influência que a forma de plantio, clima, solo, cultivares e fonte/quantidade de fertilizantes à base de nitrogênio utilizados na cultura do arroz exercem na composição química e propriedades cristalográficas da CCA. De acordo com os resultados obtidos neste trabalho, verifica-se a importância de se fazer ensaios rotineiros de análises químicas e de Difração de Raio-X para manter o controle de qualidade das CCAs produzidas, pois que em situação de produção em larga escala, podem ser utilizadas cascas de srcens diferentes. Palavras-chave:  Casca de arroz. Cinza de casca de arroz. Análise química. Difração de raios X. Abstract  Rice production in Brazil in 2008 was approximately 12 million tons, and to achieve that amount several planting techniques were used with different strains of rice in different rice-growing areas. Since Rice Husk Ash (RHA) is the pozzolan of vegetable srcin that is most studied by researchers working in the field of  pozzolanic materials, this paper evaluates the influence that the form of planting, climate, soil, strain of rice and the srcin/amount of nitrogen-based fertilizers used in rice cultivation have on the chemical composition and crystallographic  properties of RHA. The results obtained in this study confirm the importance of carrying out routine chemical analysis and X-Ray diffraction to maintain the quality control of the CCAs produced because in situations of large-scale  production, husks of different origins may be used.  Keywords:  Rice husk. Rice husk ash. Chemical analisys. X-Ray diffraction. A Everton José da Silva   Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Universidade Estadual Paulista Avenida Brasil, 56, Centro Ilha Solteira – SP – Brasil CEP 15385-000 Tel.: (18) 3743-1077 Email:  js_everton@yahoo.com.br Jorge Luís Akasaki Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Alameda Bahia, 550, Centro Ilha Solteira - SP – Brasil CEP 15385-000 Tel.: (18)3743-1213 Jean Richard Dasnoy   Departamento de Física e Química Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Avenida Brasil, 56, Centro Caixa-Postal 31 Ilha Solteira - SP – Brasil CEP 15385-000 Tel.: (18) 763-8163 Recebido em 11/04/09 Aceito em 24/05/09    Silva, E. J. da; Akasaki, E. L.; Dasnoy, J. R. 68 Introdução Por definição, a casca de arroz é um revestimento ou capa protetora formada durante o crescimento do grão, de baixa densidade e elevado volume. É um material fibroso, cujos maiores constituintes são celulose (50%), lignina (30%) e resíduos inorgânicos (20%). O resíduo inorgânico contém, em média, de 95% a 98%, em peso, de sílica, perfazendo de 13% a 29% do total da casca (HOUSTON, 1972). Hwang e Chandra (2002, p. 198) apresentam análises elementares de amostras distintas de cascas de arroz (Tabela 1), em que se observam pequenas variações no que se refere às quantidades de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e cinza. O resíduo inorgânico obtido após a queima da casca contém, em média, 90% de sílica, bem como óxidos de potássio, magnésio, sódio, cálcio, ferro, fósforo, manganês e alumínio (DELLA, 2005, p. 9). Segundo Amick (1982), Della (2005) e Gava (1999), a composição química da CCA pode variar de acordo com a variedade da planta, o sistema de cultivo, as condições climáticas e geográficas, o ano de colheita, os teores e tipos de fertilizantes empregados na plantação, a preparação da amostra e os métodos de análise. Contudo, os trabalhos desenvolvidos por esses autores não tinham como objetivo principal a análise dessas variáveis na composição da cinza de casca de arroz. Poucos trabalhos na literatura foram realizados nesse sentido. Entre eles estão Thenabadu (1977) 1 e Irri (1982) 2  apud JULIANO, 1985, p. 697), que é uma nova edição de Houston (1972), referência muito utilizada pelos pesquisadores que trabalham com CCA. Thenabadu (1977) fez um estudo da localização da sílica contida na casca de arroz de quatro cultivares plantadas em sete locais diferentes, que abrangiam três zonas climáticas distintas do Sri Lanka. O autor mostrou que houve diferença significativa na quantidade de sílica em cinco das sete localidades avaliadas. Irri (1982) avaliou a influência das estações na quantidade de sílica presente na casca de arroz de 18 cultivares. De acordo com o autor, na estação seca, a quantidade de sílica encontrada em média foi de 18,6%, enquanto na úmida foi de 15,4%. Foi constatada essa tendência de comportamento em praticamente todos as cultivares. 1  THENABADU, M. W. Silica content of rice rusk as determined by soil properties and varietal differences. Journal of   Tropic Agriculture , v. 133, p. 71-80, 1977. 2  IRRI. International Rice Research Institute.   Annual Report, 1982. Hunt, Dismukes e Amick (1984, p. 1684) avaliaram amostras de casca de arroz provenientes de diferentes partes do mundo buscando determinar se existem ou não diferenças significativas nas concentrações de impurezas. Os autores encontraram uma boa concordância entre os resultados obtidos. A Tabela 2 apresenta os resultados. Nesse sentido, este trabalho visa contribuir com o conhecimento das diversas variáveis que compõem a produção da casca de arroz e suas conseqüências nas características finais da CCA, que é um importante resíduo agroindustrial a ser utilizado como pozolana em argamassas e concretos. Recentemente, importantes trabalhos de notável relevância foram desenvolvidos com CCA no Brasil, como Tibone (2007), Silva (2007), Hoppe (2008) e Cordeiro (2009). Materiais A maioria das amostras de cascas de arroz para a análise das variáveis tipo de solo, clima, cultivares e fonte/quantidade de fertilizante foram srcinadas de uma pesquisa agronômica, cujo objetivo foi verificar a aplicação de doses tidas como elevadas (até 200 kg de nitrogênio por hectare). Foram avaliadas quatro doses de nitrogênio (50, 100, 150 e 200 kg de N ha -1 ), aplicadas na semeadura ou em cobertura. Como fontes de nitrogênio foram utilizadas o Entec (com inibidor de nitrificação e enxofre em sua composição), sulfato de amônio e uréia. O experimento foi conduzido na Fazenda de Ensino e Pesquisa da FE-UNESP, Campus de Ilha Solteira, localizada no município de Selvíria, MS, em um latossolo vermelho distroférrico típico, anteriormente ocupado por vegetação de cerrado, com irrigação por aspersão na ocorrência de déficits hídricos. Dentro desse grupo de amostras, foram adotadas algumas particulares para o desenvolvimento deste trabalho. São elas: sulfato de amônia 50 kg de N ha -1 ; sulfato de amônia 200 kg de N ha -1 ; uréia 50 kg de N ha -1 ; uréia 200 kg de N ha -1  e Entec 200 kg de N ha -1 . Todas essas amostras são do cultivar Curinga em virtude do seu comportamento mais homogêneo de produtividade. Além dessas amostras, foram adotadas outras duas, de diferentes regiões do país, a fim de verificar as variáveis de clima, solo e outras cultivares. Uma delas é de srcem da região de Dourados, MS, e a outra srcinada da região Nordeste do Brasil, mais especificamente do Maranhão. O Quadro 1 apresenta as características de cada casca de arroz utilizada nessa etapa do trabalho.    Influência das variáveis envolvidas no plantio de arroz nas características da cinza de casca de arroz 69 Amostra Quantidade (% em massa) C H O N S Cinza 1 38,3 5,7 39,8 0,5 0,0 15,5 2 39,4 5,5 36,1 0,5 0,2 18,2 3 39,5 5,5 37,7 0,8 0,0 16,5 Fonte: Hwang e Chandra (2002, p. 198) Tabela 1  – Análise de distintas cascas de arroz Impurezas (parte por milhão) Origem das cascas EUA (Arkansas) Japão EUA (Lousiana) Malásia Austrália Al 20 10 2.000** 10 10 B 2 1 2 1 2 Ca 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Fe 20 20 60** 20 20 K 4.000 8.000 2.000 1.200 3.800 Mg 900 200 600 300 500 Mn 500 200 500 200 350 Na 20 50 10 20 25 P  1.000** 200 -- 50 130 S 50  1.000** -- 20 40 Ti 2 0,5 10 1 3 Obs.: seguidos de ** podem ser atribuídos a problemas com a técnica analítica empregada Fonte: Hunt, Dismukes e Amick (1984, p. 1684) Tabela 2 –   Amostras de diversas cascas de arroz ao redor do mundo Amostra Sistema de cultivo Clima Cultivar Solo Fertilizante Quantidade de fertilizante SA 50 Terras altas Tropical úmido Curinga Latossolo vermelho distroférrico típico Fósforo,   potássio e sulfato de amônia 50 kg de N ha -1 SA 200 Terras altas Tropical úmido Curinga Latossolo vermelho distroférrico típico Fósforo,   potássio e sulfato de amônia 200 kg de N ha - UR 50 Terras altas Tropical úmido Curinga Latossolo vermelho distroférrico típico Fósforo,   potássio e uréia 50 kg de N ha -1 UR 200 Terras altas Tropical úmido Curinga Latossolo vermelho distroférrico típico Fósforo,   potássio e uréia 200 kg de N ha - ET 200 Terras altas Tropical úmido Curinga Latossolo vermelho distroférrico típico Fósforo,   potássio e Entec 200 kg de N ha - MA Terras altas Semiárido com chuvas Possíveis: Aimoré, Bonança, Colosso, Primavera, Talento, Caiapó, Canastra, Carajás e Carisma Latossolo Fósforo e   potássio – MS Terras altas Temperado úmido Possíveis: Aimoré, Primavera, Caiapó, Carajás, Carisma e Maravilha Latossolo Fósforo e   potássio – Quadro 1  – Amostras de cascas de arroz    Silva, E. J. da; Akasaki, E. L.; Dasnoy, J. R. 70 Observa-se que a riqueza dos dados das amostras obtidas junto ao trabalho agronômico é maior em relação às amostras MS e MA. Isso aconteceu em virtude da dificuldade de se conseguirem dados sobre a srcem das cascas nas beneficiadoras onde elas foram coletadas.   Programa experimental   A primeira etapa realizada foi acompanhar a colheita da planta de arroz na fazenda da agronomia da UNESP e coletar a amostra do Estado do Maranhão e a da Região de Dourados, Mato Grosso do Sul. Após a colheita, o arroz foi submetido aos processos de trilhagem e beneficiamento, para posterior aproveitamento das cascas (Figura 1). Com a aquisição das amostras de casca de arroz, elas passaram por um processo de lavagem, a fim de constatar possíveis impurezas. Para tanto, foi utilizada água deionizada purificada por osmose reversa (Figura 2). Essa lavagem foi feita de forma manual, em uma proporção em volume de 2 de água para 3 de casca. Após a mistura manual com espátula por 5 min, a água de lavagem foi peneirada e filtrada em papel-filtro. Depois disso, evaporaram-se as águas de lavagem até a secagem, que, em seguida foram levadas a uma mufla e calcinadas a 650 ºC por 4 h. Para a calcinação das amostras de cascas de arroz, o sistema de queima utilizado foi a mufla com o controle de temperatura, taxa de aquecimento e patamar de temperatura para que as condições de queima fossem exatamente as mesmas para todas as amostras de casca de arroz. Buscou-se, através desse sistema de queima, obter CCAs amorfas e com baixo teor de carbono, ou seja, características que favorecessem sua utilização como pozolana em argamassas e concretos. Para tanto, testes em mufla (Figura 3) foram realizados no sentido de determinar qual o procedimento de queima ótimo. Avaliou-se o tempo e patamar de temperatura ótima, taxa de aquecimento, perda de massa e propriedade cristalográfica.   Figura 1  – Máquina de trilhagem e máquina de beneficiamento de arroz Figura 2  – Purificador de água e lavagem da casca    Influência das variáveis envolvidas no plantio de arroz nas características da cinza de casca de arroz 71   Figura 3  – Muflas utilizadas na calcinação e amostras de cascas de arroz Fonte: Della, Kuhn e Hotza (2005, p. 23) Tabela 3  – Temperatura e tempo de calcinação Processo Temperatura (ºC) Tempo (h) Taxa de aquecimento (ºC/min) Perda de massa (%) Coloração Difração de raios X 1 650 4 1 82,87 Clara Amorfa 2 650 4 5 82,45 Clara Amorfa 3 650 4 10 82,19 Clara Amorfa 4 650 4 15 82,00 Clara Amorfa Tabela 4  – Estudo da taxa de aquecimento para calcinação Della, Kuhn e Hotza (2005) fizeram diversas configurações de temperatura de queima/tempo de queima. Os autores trabalharam com CCA calcinada desde 400 ºC até 700 ºC, com os tempos de 1 h, 3 h e 6 h, conforme a Tabela 3. Os autores concluíram que o procedimento que confere uma sílica com maior grau de pureza é o da última linha, com 700 ºC e tempo de 6 h. Contudo, para este trabalho foi feita uma interpolação desses resultados e utilizou-se uma temperatura de queima de 650 ºC e tempo de 4 h para todas as amostras de casca de arroz, pois com essa configuração já se alcançam resultados satisfatórios (coloração clara e com arranjo molecular amorfo). Para este trabalho, a taxa de aquecimento também foi avaliada, conforme a Tabela 4. Para a calcinação das amostras SA 50, SA 200, UR 50, UR 200, ET 200, MA e MS foi adotado o processo 4, visto que se obteve uma CCA com mesmas características em um procedimento mais rápido e econômico. A pequena variação da perda de massa se deve ao fato de a queima ser mais lenta para a taxa de aquecimento de 1 ºC/min.
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