Forno-fornalha para queima dos gases da carbonização

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1 Forno-fornalha para queima dos gases da carbonização Prof.ª Angélica de Cássia Oliveira Carneiro DEF UFV Setembro 2011 Visando atender a demanda dos pequenos produtores por tecnologias mais eficientes, maior durabilidade e de menor custo para a conversão de madeira em carvão vegetal, está sendo desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa em parceria com ASIFLOR (Associação das Siderúrgicas para Fomento Florestal) e FAPEMIG (Fundação de Amparo a Pesquisa de Minas Gerais) um sistema-fornalha para reduzir as emissões atmosféricas e aumentar o rendimento gravimétrico em carvão vegetal. O forno utilizado para adaptar a fornalha e os ductos para condução dos gases é um forno de superfície típico, com algumas modificações, muito utilizado por pequenos produtores, principalmente no Estado de Minas Gerais. Trata-se de um forno circular de alvenaria dotado de seis orifícios na sua base para controle da marcha de carbonização. Optou-se em utilizar esse forno circular de superfície para receber os ductos e a fornalha por tratar-se de um forno de baixo custo, fácil construção e bastante difundido entre os pequenos e médios produtores de carvão vegetal. A queima dos gases originários da carbonização resulta na redução, em média, de 90% na emissão de gases metano e monóxido de carbono, principais responsáveis pela intensificação do efeito estufa quando lançados na atmosfera. Neste sistema é possível a carbonização de 12 estéreos de madeira por forno. O forno apresenta como dimensões: altura central de 2,2 metros, altura até início da cúpula de 1,5 m e diâmetro interno de 3 metros.a fornalha mede 0,8 metros de diâmetro interno e altura de 1,1m. Logo acima da fornalha foi construída a chaminé medindo 2,90 metros de altura, com diâmetro da base igual a 0,8m e o diâmetro no topo é de 0,4m. Na Tabela 1 são apresentados os materiais e custos de construção deste sistema.

2 Os fornos, assim como a fornalha e a chaminé foram construídos com tijolos refratários, que apresentam maior durabilidade e resistência ao calor. Para auxiliar na manutenção do calor dentro do forno durante o processo de carbonização e eliminar possíveis entradas de ar, os fornos, fornalha e chaminé foram emboçados com uma mistura de argamassa refratária e areia lavada. Utilizou-se também uma cinta metálica e barra de ferro rosqueada na base da cúpula para proporcionar maior durabilidade aos fornos, evitando a expansão das paredes dos fornos, ocasionada pela pressão exercida pelos gases gerados durante a carbonização, antes que estes sejam direcionados à fornalha. Tabela 1 Materiais e custos de construção de 3 fornos circulares do tipo UFV, interligados a uma fornalha e uma chaminé MATERIAL ESPECIFICAÇÃO QUANTIDADE PREÇO TOTAL (R$) Tijolos-Forno Tijolo refratário ,25 Tijolos-Fornalha Tijolo refratário ,00 Tijolos-Chaminé Tijolo refratário ,00 Tijolos-Conexões Tijolo refratário ,75 Argamassa de Terra e Água Ponto de liga Indeterminado Manta Cerâmica Nutecibar 5,1 m 163,20 Cinta Metálica para os Fornos 3/8, comprimento: 9,95 m 3 53,85 Cinta Metálica para a Fornalha 3/8, comprimento: 2,55 m 1 4,50 Barra de ferro rosqueada 3/8, utilizada para travar cinta, comprimento: 0,3m 4 16,00 Cantoneira Tipo U, comprimento: 1,00 m 3 120,00 Chapas metálicas das conexões Chapa de ferro preto 3/ ,00 Argamassa Refratária Emboço dos fornos, fornalha e chaminé 50 kg 120,00 Areia Lavada Emboço dos fornos, fornalha e chaminé 1 m3 30,00 Mão-de-obra 1 pedreiro e 1 ajudante 6 dias 600,00 TOTAL 3582,55 Preço do medidor infra-vermelho de temperatura R$ 210,00 Foram instalados oito poços de aço para medição da temperatura interna através de um medidor infravermelho de temperatura, distribuídos nas paredes e na cúpula de cada forno,

3 que possibilitam a medição. Devido à queima dos gases da carbonização na fornalha, não há fumaça visível, meio normalmente utilizado no controle da carbonização, portanto, a tomada de decisão é determinada pela temperatura verificada. O forno possui seis tatus para controle da entrada de oxigênio e consequentemente controle de todo processo de carbonização. Para condução da carbonização foram definidas faixas de temperatura e períodos de tempo nos quais estas temperaturas deveriam ser mantidas, baseando-se na degradação térmica da madeira, como mostrado na Tabela 2. O processo de carbonização utilizando a fornalha para queima dos gases ocorre em 70 horas, enquanto que o tempo de resfriamento é de 48 horas. O processo de transformação da madeira em carvão vegetal, considerando tempo de enchimento, carbonização, resfriamento e descarga do forno, acontece em 6 dias. Tabela 2 Fases e temperatura de degradação da madeira no Forno Circular UFV Faixa de Temperatura Tempo Manutenção Fenômeno C horas Liberação de vapor d água secagem da madeira C horas Eliminação de gases, degradação das hemiceluloses C C horas horas Fase exotérmica, grande produção de gases, degradação da celulose, formação do carvão vegetal Fase exotérmica, redução da emissão de gases, aumento do percentual de carbono fixado no carvão vegetal O perfil térmico verificado na carbonização nos sistema forno-fornalha é apresentado na Figura 1.

4 Figura 1 Perfil térmico da carbonização em Forno Circular UFV, considerando as médias de temperatura. Com base nas temperaturas e tempos propostos na Tabela 2 para controle do processo, alcançou-se nas carbonizações realizadas, com madeira de Eucalyptus sp., 32,00% de rendimento em carvão vegetal, 11,50% de atiço e 3,30% de finos (carvão vegetal com granulometria inferior a 12,7 mm).

5 Figura 2 (A) Construção do sistema forno-fornalha e chaminé; (B) Detalhe da cinta metálica (Seta Vermelha) e da cantoneira superior à porta; (C) Fornos, fornalha e chaminé depois de realizado o emboço; (D) Visão da fornalha durante a queima de gases da carbonização; (E) Medidor infravermelho de temperatura; (F) Detalhe do poço metálico de medição de temperatura. AGRADECIMENTOS ASIFLOR Associação das Siderúrgicas para Fomento Florestal, pelo fornecimento dos materiais e apoio financeiro para construção dos fornos. SECTES/FAPEMIG/POLO DE FLORESTA, pelo apoio financeiro. UFV/SIF Pelo apoio técnico.