Θερμική ανάλυση δασικής καύσιμης ύλης με τις τεχνικές της θερμοστάθμισης (TGA) και της διαφορικής θεριδομετρίας σάρωσης (DSC):
Creators: name: Κανελίδου, Αννα Πέτρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Θερμική ανάλυση
Θερμοστάθμιση (TGA)
Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC)
Δασική καύσιμη ύλη
Δασικές πυρκαγιές
Thermal analysis
Thermogravimetry (TGA)
Differential scanning calorimetry (DSC)
Forest fuels
Forest fires

description: Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μέτρηση και σύγκριση της θερμικής αποικοδόμη-σης, που προέκυψε κατά την πυρόλυση δέκα ελληνικών δασοπονικών ειδών, κάτω από ροή αέρα και σε συγκεκριμένο θερμοκρασιακό εύρος. Αυτό έγινε δυνατό εφαρμόζοντας μεθόδους Θερμικής Ανάλυσης και ειδικότερα τις τεχνικές της Θερμοστάθμισης (TGA) και της Διαφο-ρικής Θερμιδικής Σάρωσης (DSC). Από τις DTG και DSC καμπύλες, που προέκυψαν εκτιμή-θηκαν ή υπολογίστηκαν παράμετροι, που αναφέρονται στη θερμοκρασία έναρξης και λήξης της πυρόλυσης, στο μέσο και μέγιστο ρυθμό αποικοδόμησης, στη συνολική αποικοδόμηση, στο στερεό υπόλοιπο της πυρόλυσης στους 600oC, στις τιμές των ενδόθερμων κορυφών, καθώς και στη θερμοκρασία ανάφλεξης. Η θερμική αποικοδόμηση των δασοπονικών ειδών έγινε σε ελεγχόμενο περιβάλλον με συσκευή TGA/DSC θερμικής ανάλυσης. Για να διερευνηθεί ποιά δασοπονικά είδη διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις παραμέτρους της θερμικής αποικοδόμησης χρησιμοποιήθηκε ο έλεγχος πολλαπλών συγκρίσεων του Duncan. Τέλος, εφαρμόστηκε η μέθοδος της Ιεραρχικής Ανάλυσης κατά Ομάδες (Hierarchical Cluster Analysis), ως μέθοδος πολυμεταβλητής στατι-στικής ανάλυσης, ώστε να ταξινομηθούν τα είδη σε ομάδες ανάλογα με τις τιμές των παραμέ-τρων της θερμικής ανάλυσης. Η πολυμεταβλητή στατιστική ανάλυση διαχώρισε τα είδη σε τρεις ομάδες, που είχαν τις εξής διαφορές:  Η ομάδα 1 (Pistacia lentiscus, Picea alba, Abies alba, Quercus coccifera, Quercus ilex) διαφέρει από την ομάδα 2 (Laurus nobillis, Pinus halepensis, Pinus sylvestris) στη θερμοκρασία έναρξης και λήξης της πυρόλυσης και στη δεύτερη κορυφή του μέγιστου ρυθ-μού αποικοδόμησης (%/min).  Η ομάδα 1 διαφέρει από την ομάδα 3 (Eucalyptus camaldulensis) στο μέσο ρυθμό αποι-κοδόμησης (%/oC), στη συνολική αποικοδόμηση και στη δεύτερη κορυφή του μέγιστου ρυθμού αποικοδόμησης (%/min).  Η ομάδα 2 διαφέρει από την 3 στη θερμοκρασία λήξης της πυρόλυσης, στο μέσο ρυθμό αποικοδόμησης (%/oC), στη συνολική αποικοδόμηση, στη δεύτερη κορυφή του μέγιστου ρυθ-μού αποικοδόμησης (%/min), καθώς και στη θερμοκρασία παρατήρησης αυτής. Επιπλέον, από τις DTG καμπύλες διαπιστώθηκε η παρουσία πέντε θερμοκρασιακών δια-στημάτων, που κάθε ένα αντιστοιχεί σε διαφορετική πυρολυτική φάση:  ~105 oC: εξάτμιση της περιεχόμενης υγρασίας των δειγμάτων.  120-180oC: εξαέρωση των πτητικών συστατικών στα είδη: σχοίνος, ελάτη, χαλέπιος πεύκη, αριά και ευκάλυπτος.  210oC: εξαέρωση των πτητικών συστατικών στα είδη: δάφνη, ερυθρελάτη, πουρνάρι, δα-σική και θαλάσσια πεύκη.  210-280 oC: αποικοδόμηση της ημικυτταρίνης.  300-370 oC: αποικοδόμηση της κυτταρίνης και της λιγνίνης.  420-500 oC: κατανάλωση του σχηματιζόμενου κάρβουνου μέσω της οξείδωσης του. Η μελέτη της θερμικής ανάλυσης των δασοπονικών ειδών μπορεί να οδηγήσει σε χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τις συνθήκες καύσης τους, κατά τη διάρκεια των δασικών πυρκα-γιών. Λέξεις κλειδιά: Θερμική ανάλυση, Θερμοστάθμιση (TGA), Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC), δασική καύσιμη ύλη, δασικές πυρκαγιές.
description: The pyrolytic behavior of the foliage of ten common forest species was analysed during laboratory tests using thermal analysis techniques (Thermogravimetry (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC)), under air flow and for a specific temperature range. DTG and DSC curves were created, thus allowing the calculation of pyrolytic parameters related to the start and end temperature of pyrolysis, the mean and max volatilisation rate, the total volatilisation, the residue of pyrolysis at 600oC, the values of the endothermic peaks and the ignition temperature. One way analysis of variance (ANOVA) and the Duncan multiple comparison test were used in order to examine the differences between the species. Furthermore, the Hierarchical Cluster Analysis was applied, as a multivariate statistical analysis technique, in order to classify the species into groups, according to the values of their thermal parameters. Statistical analysis discriminated the examined species into three groups as follows:  Group 1 (Pistacia lentiscus, Picea alba, Abies alba, Quercus coccifera, Quercus ilex) was different from group 2 (Laurus nobillis, Pinus halepensis, Pinus sylvestris) in the onset and end temperature values of pyrolysis and in the second peak of max volatilisation rate (%/oC, %/min).  Group 1 differs from group 3 (Eucalyptus camaldulensis) among the mean volatilisation rate (%/oC), the total volatilisation and the second’s peak value of max volatilisation rate (%/min).  Group 2 differs from group 3 among the end temperature values of pyrolysis, the total volatilisation rate, the second’s peak value of max volatilisation rate (%/min) and the tempe-rature value, at which this peak was observed. The temperature ranges that mark the pyrolysis of the different wood constituents as given in the literature were verified by this study too, as follows:  ~105 oC: vaporization of water.  120-180 oC: vaporization of volatiles, with the exception of Laurus nobillis, Picea alba, Quercus coccifera, Pinus sylvestris and Pinus pinaster, which volatiles seem to be vaporized at 210 oC.  210-280 oC: decomposition of hemicellulose.  300-370 oC: decomposition of cellulose and lignin. - 420-500 oC: consumption of the formed solid residue, through oxidation. The results of the thermal analysis of forest species can be useful in the study of forest fuel combustion during wildland fires and in fire behavior modeling.