Resfriamento de fornos de carbonização por injeção de vapor d água

• Ano de defesa: 2009
• Autor(a) principal: Reis, Hamilton Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ; Mestrado em Engenharia Agrícola; UFV
• Palavras-chave em Português: Resfriamento; Carvão vegetal; Cooling; Water vapor; Charcoal; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/3624

O carvão vegetal, mesmo sendo produzido e utilizado desde os primórdios da civilização, ainda mantêm insuficiente o conhecimento dos diversos mecanismos da cinética química e da transferência de calor e massa que acontecem durante a carbonização. O que torna importante a identificação da maioria, senão de todos, os parâmetros do processo de carbonização de madeira nas dimensões utilizadas na produção industrial de carvão vegetal é a forma como esses parâmetros podem interagir no transcorrer do processo e na qualidade do carvão produzido. O carvão vegetal, mesmo sob carbonização controlada, não é um composto químico definido, alguns carvões são quase carbono puro, outros devido a processos parciais de carbonização, contem quantidades significativas de oxigênio, hidrogênio e compostos orgânicos. Um sistema ideal de carbonização vegetal deve proporcionar uma adequada condição de trabalho, estabelecendo estratégias para minimizar a duração do ciclo da carbonização, sem alterar o rendimento e a qualidade do carvão produzido. Neste sentido, poucas tecnologias foram desenvolvidas visando melhorar o processo. Variáveis operacionais e mesmo construtivas de um forno, influenciam a qualidade final do produto gerado, sendo a temperatura uma das mais importantes, pois tem influência no aspecto, volume e perdas durante a carbonização, razão por que deve ser precisamente controlada. Através de ensaios termogravimétricos sabe-se que quanto maior a velocidade do aquecimento imposta à biomassa, menor o rendimento em carvão vegetal. Constata-se, também, que sob altas taxas de aquecimento a massa de carvão não estabiliza o seu auto-consumo, mesmo que se tenha atingido a temperatura de encerramento da carbonização. Isto ocorre por que há uma diferença de temperaturas entre o forno e o interior da massa de carvão, diferença esta que é função da taxa de aquecimento e dos mecanismos de transferência de calor e massa no interior da massa de carvão. Assim, a utilização do vapor favorece o processo de resfriamento e agrega rendimento, pois encerra o auto-consumo, alem de favorecer a eliminação de gases de materiais voláteis presentes. Assim sendo, a água por ser uma substância facilmente disponível e pouco agressiva quimicamente, torna-se um veículo que modifica a atmosfera interna do forno, amortece as variações de temperatura e atua como um vetor de transporte da energia térmica, fato que explica a sua disseminação como elemento extintor de incêndios. Assim, no processo de carbonização, para que o resfriamento, utilizando vapor d água, seja bem sucedido, depende das características do vapor e de como e onde ele é aplicado, além da combinação do binômio tempo x temperatura, e sua velocidade de circulação no interior da massa do corpo quente ou em incandescência. A velocidade do vapor que flui através dos orifícios de injeção deve ser conhecida para se maximizar os efeitos resfriamento e abafamento. O tempo é importante, pois quanto mais rápido for carregado o vapor sobre o carvão, menor é o tempo disponível para que um dado volume desse vapor condense-se sobre o carvão. Assim, a transferência de calor do carvão para o vapor aumenta, pois o filme de vapor formado sobre o carvão tem pouca espessura, o que favorece o aumento de sua temperatura interna, dificultando a sua condensação. Considerando que o carvão vegetal representa de 60% a 70% do custo da produção do ferro-gusa, torna-se imprescindível a aplicação de investimentos em pesquisas e em tecnologias na forma de carbonização (HOMMA et alli, 2006). A adoção de soluções de maior produtividade nas formas de carbonização implica em alterações significativas na sistemática vigente no modus operandi adotado no Brasil, pois torna-se necessário a adoção de conceitos e tecnologias agroindustriais modernas e mais eficientes de altos investimentos iniciais mas com ganhos ambientais significativos. Os objetivos gerais foram: a otimização do processo de fabricação de carvão, com o resfriamento da massa de carvão e do forno de carbonização utilizando-se vapor d´água como agente refrigerante; analise de redução do tempo de ocupação do forno; análise de rendimento em número de fornadas/ano. Pelos rendimentos apresentados, alem da redução do tempo de produção e no aumento no numero de fornadas utilizando-se resfriamento do forno (envelope construtivo e massa de carvão vegetal) com a aplicação do vapor d água na base da massa de carvão, o processo se mostrou viável e com resultados significativos.