Avaliação de duas rotinas de carbonização em fornos retangulares

Abstract

O presente estudo objetivou avaliar o desempenho de fornos retangulares no processo de carbonização, envolvendo duas rotinas de carbonização. As rotinas analisaram a influência de tatus e câmaras de combustão externa no processo de carbonização, analisando-se: a) umidade da lenha, tempo de ignição, tempo de carbonização, temperatura máxima média, taxa de aquecimento, temperatura final, tempo de resfriamento, rendimento volumétrico, rendimento gravimétrico, umidade do carvão, matérias voláteis, cinza, carbono fixo, poder calorífico e tiços; b) a eficiência do sistema de monitoramento térmico na aquisição de temperaturas; c) o perfil térmico doforno nas fases de carbonização e de resfriamento; d) o balanço de massa e de energia, no processo da carbonização nos fornos retangulares. As carbonizações foram realizadas em quatro fornos de alvenaria retangulares, com câmara de combustão externa, chaminé e capacidade volumétrica para 160 estéreos, instrumentados com termopares do tipo PT 100, para registrar as temperaturas. A lenha utilizada foi o clone A08, híbrido do cruzamento entre Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla, com idade de sete anos, com 3 m de comprimento, densidade básica de 530 kg/m3 e diâmetro médio de 17,5 cm. Foram realizadas oito carbonizações para cada rotina. Os resultados foram interpretados a partir das análises de estatística descritiva, para obtenção dos resultados médios e da análise de variância. Para os parâmetros umidade da lenha, tempo de ignição, temperatura máxima média, taxa de aquecimento, rendimento gravimétrico e umidade do carvão, foram observadas diferenças, estatisticamente, significativas, indicando resultados diferenciados entre as rotinas estudadas. Em relação aos parâmetros tempo de carbonização,temperatura final, tempo de resfriamento, rendimento volumétrico, matérias voláteis, carbono fixo e tiço, não houve diferenças estatísticas significativas, indicando que para esses parâmetros não houve diferenças entre as rotinas. O poder calorífico superior médio do carvão vegetal para a rotina 1 foi de 6.582,84 kcal/kg e para a rotina 2 foi de 6.854,33 kcal/kg. No perfil térmico da carbonização, observou-se maior tempo de carbonização, em função do elevado teor de umidade da lenha (66% e 48%) para as rotinas 1 e 2, respectivamente. No balanço de massa e de energia, mais de 50% da energia total do sistema é perdida, havendo grande perda na conversão madeira-carvão e na queima de gases da carbonização. Conclui-se, portanto, que a rotina 2, caracterizada pelo uso das câmaras de combustão externa, é mais eficiente no controle da carbonização.

The objective of this work was to evaluate the performance of rectangular kilns in the carbonization process, involving two carbonization routines. The routines analyzed the influence of carbonization air inlets and external combustion chambers in the carbonization process, by the following parameters: a) firewood moisture, ignition time, carbonization time, mean maximum temperature, heating rate, final temperature, cooling time, volumetricyield, gravimetric yield, charcoal moisture, volatile matters, ashes, fixed carbon, calorific power and unburned wood residuals; b) the efficiency of the thermal monitoring system to reach the temperatures; c) the thermal profile of the kiln in the carbonization and cooling phases; and d) the mass and energy balance in the carbonization process in rectangular kilns. The carbonizations were carried out in four rectangular brick kilns, with external combustion chamber, chimney and volumetric capacity for 160 steres, equipped with thermocouples type PT 100, to register the temperatures. The firewood used was the A08 clone whick is an hybrid of Eucalyptus grandis and Eucalyptus urophylla, seven year old, 3 m long, basic density of 530 kg/m3 and mean diameter of 17,5 cm. Eight carbonizations for each routine were made. The results were interpreted by the escriptive statistics analysis, for the obtention of the mean results and variance analysis. For the parameters firewood moisture, ignition time, mean maximum temperature, heating rate, gravimetric yield and charcoal moisture, significant statistic differences were observed, indicating differentiated results between the routines studied. For the parameters carbonization time, final temperature, cooling time, volumetric yield, volatile matters, fixed carbon and unburned wood residuals, there were no significant statistical differences indicating that for these parameters there were differences between the routines. The higher mean calorific power of the charcoal for the routine 1 was of 6.582,84 kcal/kg and for the routine 2 it was of 6.854,33 kcal/kg. In the carbonization thermal profile a greater carbonization time was observed, due to the high moisture content of the firewood (66 and 48%) for the routines 1 and 2, respectively. In the mass and energy balance more than 50% of the total energy of the system was wasted showing that there is great waste in the wood-coal conversion and in the burning of carbonization gases. Therefore, it was concluded that routine 2 which is characterized by the use of external combustion chambers is more efficient in the carbonization control.