Desenvolvimento de metodologia para o dimensionamento de câmaras de combustão para gases oriundos do processo de carbonização de madeira

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Coelho, Marcelo Pereira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Palavras-chave em Português: Simulação (Computadores); Otimização; Combustão; Chama (Combustão); Calor; Fogo; Ciências Agrárias
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/10452

O carvão vegetal é um importante insumo na cadeia produtiva do ferro gusa no estado de minas gerais. Entretanto, sua produção recebe muitas críticas devido às elevadas emissões de poluentes e gases causadores de efeito estufa. Essas críticas podem, por outro lado, serem mitigadas com a incineração dos gases gerados, reduzindo as emissões a dióxido de carbono e água. A incineração dos gases abre novas oportunidades de negócios, pois a energia gerada durante o processo de incineração tem potencial para ser transformada em energia elétrica, gerando mais receita aos produtores, e ainda usada na secagem da madeira a ser carbonizada, diminuindo o tempo de ciclo de produção, aumentando a capacidade produtiva e, consequentemente, a renda dos produtores. O aproveitamento dos subprodutos da carbonização da madeira para a produção de carvão vegetal não é muito explorado na literatura. Alguns trabalhos experimentais objetivando incinerar os gases gerados foram conduzidos em empresas e na academia, porém não existe um método formal para dimensionamento desses sistemas. Desse modo, esse trabalho foi desenvolvido para criar uma metodologia coerente para dimensionamento de câmaras de combustão cilíndricas, sem uso de energia elétrica em sopradores ou geradores de centelha, obtendo-seequações para o projeto de câmaras de queima cilíndricas para gases de combustão provenientes do processo de carbonização. A produção rudimentar em fornos de alvenaria gera passivos sociais econômicos e ambientais devido à emissão de gases poluentes e de efeito estufa. Uma solução para esse problema é a incineração dos gases gerados durante o processo de carbonização. Entretanto, é importante que o processo de incineração de gases não influencie negativamente os padrões de qualidade do carvão produzido. Por esse motivo este trabalho foi feito, objetivando a construção e avaliação de um protótipo de um incinerador de gases provenientes da carbonização de baixo custo e fácil construção, além de avaliar se a incineração dos gases gera impactos negativos na qualidade do carvão. Os resultados indicam que o protótipo funcionou satisfatoriamente, reduzindo a emissão de metano em 99,8 % e 74,14 % da emissão de monóxido de carbono e não houve indícios de que a incineração dos gases piorou a qualidade do carvão produzido. Entretanto, modificações para a melhoria do incinerator devem ser feitas para, reduzir as emissões de monóxido de carbono ao máximo. Um modelo em CFD foi testado, usando os dados do protótipo construído. Considerando a alta variabilidade do processo de carbonização, bem como variáveis difíceis de prever, como intempéries, pode-se afirmar que os resultados mostram boa concordância entre as simulações e os resultados experimentais. Após a validação do modelo, foi possível propor um metamodelo, baseado em CFD, que foi utilizado para propor melhoriasno projeto da câmara de combustão, visto que não é reportado na literatura uma metodologia adequada para projetos dessa natureza. Foi utilizado um metamodelo, construindo uma superfície de resposta usando o método de Kriging. O bom ajustamento do metamodelo tornou possível a aplicação da otimização multi-objetivo, por meio do uso de um algoritmo genético. A solução ótima escolhida deu subsídios para o levantamento de parâmetros de projeto e uma metodologia para o dimensionamento de câmaras de combustão cilíndricas para gases advindos do processo de carbonização foi desenvolvida.