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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2019.tde-22012019-172709
Document
Author
Full name
Artur Queiroz Lana
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Brito, Jose Otavio (President)
Andrade, Carlos Rogério
Carneiro, Angelica de Cassia Oliveira
Silva Junior, Francides Gomes da
Title in Portuguese
Forno de alvenaria para incremento da produtividade por meio do resfriamento externo do carvão vegetal
Keywords in Portuguese
Aumento da produção
Carbonização da madeira
Produção de carvão vegetal
Viabilidade técnica e econômica
Abstract in Portuguese
O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo, entretanto, a maioria da produção é realizada em fornos de alvenaria rudimentares, de pequenas dimensões que, geralmente, não ultrapassam os 12m3 de volume interno. Estes fornos são pouco engenheirados e utilizam pouca ou nenhuma tecnologia, o que reflete numa produtividade aquém do potencial de um carvão vegetal muito heterogêneo. Nesta transformação da madeira em carvão nos fornos de alvenaria está presente uma marcante dicotomia aonde, em uma primeira etapa, é necessário o aquecimento e a retenção do calor e, posteriormente, a dissipação da energia contida no sistema para retirada da carga produzida, o que acaba por elevar o tempo de produção e, consequentemente, reduzir a produtividade. É importante ressaltar que nesta fase inicial, da conversão propriamente dita, existe pouca ou nenhuma margem para redução de tempo, uma vez que é mais dependente das características da matéria-prima, visando assegurar a qualidade do produto final. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi desenvolver um novo forno experimental de alvenaria para produção de carvão vegetal que proporcionasse ciclos mais curtos, elevando a produtividade e, simultaneamente, assegurando a qualidade do carvão. Assim, o foco da pesquisa foi dado a etapa de resfriamento, tendo sido traçadas estratégias para acelerar o arrefecimento do carvão vegetal que, neste caso, foi efetuado externamento ao forno, o disponilizando mais rapidamente para o início de novo ciclo produtivo. O forno possibilitou a rápida remoção do carvão ainda aquecido, direcionando-o a um container metálico que, por sua vez, promoveu o resfriamento acelerado da carga de carvão produzida. O sistema desenvolvido possibilitou uma diminuição significativa do tempo da carbonização, reduzindo a etapa de resfriamento a apenas 2 horas no interior do forno e 10 horas no container. O carvão produzido apresentou características adequadas tanto para o uso siderúrgico quanto para cocção de alimentos. Além disso, o forno desenvolvido demonstrou melhor desempenho econômico quando comparado ao forno circular de superfície, apresentando viabilidade nos dois cenários analisados.
Title in English
Masonry kiln to increase productivity through the external cooling of charcoal
Keywords in English
Carbonization
Charcoal cooling
Cycle reduction
Economic viability
Abstract in English
Brazil is the largest producer and consumer of charcoal in the world, however, most of the production is carried out in rudimentary masonry kilns, of small dimensions that generally do not exceed 12m3 of internal volume. These kilns are poorly engineered and use little or no technology, which reflects a productivity below the potential of a very heterogeneous charcoal. In this transformation of the wood into charcoal in the masonry kilns, there is a marked dichotomy in wich, in a first step, heating and retention of the heat is necessary and, subsequently, the dissipation of the energy contained in the system to remove the cargo produced, which ends up raising production time and, consequently, reducing productivity. It is important to emphasize that in this initial phase, the conversion itself, there is little or no margin for reducing time, more subordinate to the characteristics of the raw material, and also aims to ensure the quality of the final product. In this context, the objective of this research was to develop a new masonry experimental kiln for the production of charcoal which contemplates shorter cycles, raising productivity and, simultaneously, ensuring the quality of the charcoal. Thus, the research focus was given to the cooling phase, and strategies were developed to accelerate the cooling of the charcoal, which, in this case, was externalized to the kiln, making it available more quickly for the beginning of a new productive cycle. The kiln allowed the rapid removal of the still heated charcoal, directing it to a metal container which promoted the accelerated cooling of the charcoal produced. The developed system made possible a significant reduction of the carbonization time, reducing the cooling stage to only 2 hours inside the kiln and 10 hours in the metalic container. The charcoal produced had adequate characteristics for both steel use and food cooking. In addition, the developed kiln showed a better economic performance when compared to the circular surface kiln, presenting viability in both analyzed scenarios.
 
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Release Date
2021-02-26
Publishing Date
2019-03-11
 
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