Antes de mais nada, você precisa saber que resfriamento consiste no ato ou efeito de provocar abaixamento de temperatura. Destacamos que o abaixamento de temperatura de um corpo ou massa pode acontecer de forma natural ou de forma induzida.
Em síntese, na produção de carvão, tem-se o resfriamento do carvão vegetal como a fase mais longa do processo. Sendo assim, a produtividade da fábrica pode ser muito afetada por este ciclo de resfriamento.
Assim, recomendamos que antes de ler este artigo, você leia a parte 1 desta série de artigos sobre resfriamento de carvão vegetal, que irão trazer a luz conhecimentos importantes não abordados aqui. No artigo supracitado, você aprenderá três (03) conceitos essenciais para o entendimento do resfriamento de carvão:
As 03 Chaves do Resfriamento de Carvão
Após o término da leitura deste artigo você pode se aprofundar ainda mais no tema ao ler as partes 3 e 4, onde você aprenderá sobre focos de fogo e algumas dicas e práticas preciosas para um rápido resfriamento do carvão vegetal.
Fogo no Carvão e suas 04 Principais Causas
Resfriamento de um Forno de Carvão: 07 Dicas infalíveis
Como acontece o resfriamento de um forno de carvão vegetal?
Primeiramente, o resfriamento do carvão vegetal que acontece nos fornos tradicionais de produção de carvão, consiste no simples processo de troca de calor do ambiente com o forno e do forno com o carvão vegetal. Assim sendo, quanto mais rápido essas trocas de temperatura acontecem, mais rápido o resfriamento do carvão também acontece.
Entretanto, alguns fornos resfriam mais rapidamente e outros fornos resfriam mais lentamente, isso depende do tipo e tamanho do forno. Assim sendo traremos alguns exemplos de fornos e seus respectivos tempos de resfriamento de carvão.
- Primeiramente, temos os grandes fornos de carvão retangulares em alvenaria que produzem de 100-300 MDC (metros de carvão) por fornada. Esses fornos, sempre, possuirão ciclos longos de resfriamento de carvão com tempos que variam de 8 a 12 dias.
- Sequencialmente, temos os fornos de carvão circulares em alvenaria de médio porte que produzem 10-25 MDC (metros de carvão) por fornada. Em média, esses fornos possuem ciclos de resfriamento do carvão que variam de 5-7 dias.
- Da mesma forma, temos os pequenos fornos de carvão de superfície , que produzem de 3-6 MDC (metros de carvão) por fornada, com ciclos de resfriamento de carvão que variam de 2-4 dias.
- Finalmente, temos os fornos com superfície metálica, que possuem ciclos de resfriamento do carvão que variam de 12-24 horas apenas.
Avançando no resfriamento
Ocasionalmente, existirão outras tecnologias de resfriamento de carvão que envolvem soluções diferentes dos sistemas tradicionais de resfriamento. Dentre estas técnicas podemos destacar:
1 – O forno container. O carvão é produzido em um container metálico que está inserido em uma cápsula de isolamento. Após a carbonização, o container metálico com a carga de carvão é retirado do sistema de isolamento sendo deixado exposto ao ambiente para resfriar. Esta tecnologia foi desenvolvida na UFV – Universidade Federal de Viçosa a partir da tese de mestrado pública desenvolvida pelo Dr. Daniel Barcellos.
2 – O forno isomóvel, analogamente ao forno container tem o mesmo princípio de funcionamento, entretanto, ao invés de se retirar o container do sistema de isolamento, retira-se o sistema de isolamento do forno metálico de carbonização. Assim sendo, o forno metálico exposto ao ambiente resfria-se mais rapidamente. De maneira idêntica, esta tecnologia também foi patenteada também pela UFV – Universidade Federal de Viçosa tendo agora como inventores o Dr. Christóvão Abrahao e o Dr. Daniel Barcellos.
Quais são as partes do forno que permitem que o forno resfrie mais rapidamente?
Inicialmente, para que você entenda o mecanismo e os fluxos de resfriamento em um forno, você precisa dividir o mesmo em 04 setores. Estes 04 setores dos fornos tem comportamentos diferentes sob a ótica do resfriamento de carvão vegetal. Assim, resistências térmicas seriam partes dos fornos que resistem ao fluxo de perda de calor
Em suma, quando um objeto ou material resiste ao fluxo de calor ele pode ser definido como resistência térmica.
Assim os setores que resistem a passagem de calor do forno são
- Cúpula ou copa do forno;
- Paredes laterais;
- Piso;
- Porta.
Em síntese, o carvão troca calor com o gás ambiente do forno, o gás ambiente do forno por sua vez troca calor com as resistências térmicas (setores do forno), que por sua vez troca calor com o ambiente externo.
[/su_service]Por onde ocorre as transferências térmicas que aceleram o resfriamento de um forno de carvão?
Enfim, iremos agora descrever com os setores do forno intereferem no fluxo de perda de calor do carvão recém carbonizado.
1 – Copa do forno
Antes de tudo, na copa do forno, a perda de calor durante o resfriamento é a maior dentre todos os setores, representando entre 40-50% da dissipação energia acumulada na massa de carvão quente.
Em síntese, isto acontece por que o fluxo natural de convecção do gás quente dentro do forno (que se eleva naturalmente) favorece a troca de calor com a superfície superior do forno, que é a copa.
Assim, devido ao formato da copa do forno (geralmente abaulada) e a sua posição elevada, há uma melhor predisposição a ventilação externa. Como resultado, a copa tem um bom coeficiente de convecção na sua superfície externa favorecendo a troca de calor com o ar do ambiente externo.
Lembre-se então desta máxima: A copa de um forno é o setor de menor “resistência térmica” dispersando bem o calor e favorecendo o resfriamento do carvão vegetal..
2 – Paredes do forno
Quase sempre as paredes laterais de um forno de carvão (geralmente de alvenaria) representam o setor do forno de maior superfície exposta ao meio ambiente. Entretanto, as paredes do fornos possuem menores perdas térmicas no resfriamento de carvão do que a copa do forno.
Estima-se que a perda térmica de calor no resfriamento de carvão pelas paredes representas de 30-40% da energia térmica total a ser dissipada.
Definitivamente, os motivos que tornam a parede de alvenaria menos eficiente no resfriamento de carvão do que a copa são:
- Espessura, geralmente mais elevada, da parede em relação a copa;
- A sua posição relativa em relação as massas aquecidas de gases no forno de carvão.
3 – Porta do forno
Antes de mais nada, destacamos que as portas dos fornos são construídas em materiais, geralmente, mais condutores que o restante do forno como por exemplo concreto leve, metal ou refratário.
Então, estima-se que a perda de calor do carvão durante o resfriamento pela sua porta represente de 15-25% da energia térmica total a ser dissipada pelo carvão aquecido.
Uma vez que a porta de forno é geralmente construída em material de concreto ou metálico, este setor do forno tende possuir elevada perda térmica (diferente do tijolo cerâmico em que a condutividade térmica é menor). Então, o motivo da elevada perda térmica aqui é a diferença de material construtivo. Afinal, mesmo a porta tendo pequenas dimensões em relação a toda superfície de um forno a energia total de calor dissipada por ela tende a ser bem elevada.
4 – Piso do forno
Desde já, o piso do forno acaba por ser o setor do forno de carvão com menores taxas de dissipação de calor. Então, estima-se que, a perda de calor durante o resfriamento de um forno de carvão pelo piso represente menos 5% da energia térmica total a ser dissipada da massa de carvão vegetal aquecida.
Em suma, o resfriamento de carvão pelo piso do forno apresenta baixas taxas de dissipação do calor por: (1) O solo é um péssimo absorvedor de calor; (2) As menores médias de temperaturas de um forno de carvão quase sempre acontecem no piso devido ao conceito de convecção natural e (3) A convecção natural dos gases dentro do forno leva a um resfriamento da região deste forno reduzindo a taxa de transferência de calor.
Quais são as temperaturas reais num forno de carvão que precisam ser resfriadas?
De certo, a temperatura média no interior do forno ao final do processo de carbonização chega a 400º Celsius, similar a temperatura média da massa de carvão vegetal, porém há desvios de temperaturas. Assim sendo, existirão na massa de carvão dos fornos, regiões com temperaturas inferiores a 100º Celsius enquanto superarão os 800º Celsius.
Portanto, devemos estar cientes, de que a média da temperatura do forno de carvão não significa homogeneidade de temperatura no processo.
Os limites de temperatura
De antemão perguntamos: Quais são os valores médios, máximos e mínimos de temperatura dentro de um forno de carvão?
Inicialmente, destacamos as entrada de ar atmosférico para o controle da carbonização. Frequentemente estas regiões alcançam valores de temperatura superiores a 800º Celsius. Assim, essas regiões são chamadas de zonas de combustão, pois são regiões superaquecidas responsáveis pelo fornecimento de calor para a massa de madeira no forno ser convertida em carvão vegetal.
Enfim, essas regiões de elevado aquecimento são popularmente conhecidas também como tatus, filas, baianas, câmaras ou minicâmaras. Logo, interpreta-se que quanto mais entradas de ar existirem em um forno, mais zonas de combustão existirão .
Além do mais, existem as chamadas zonas frias de um forno de carvão. Em síntese, nesta zonas frias a temperatura da massa não irá ultrapassar 180º Celsius. Por exemplo, o piso de um forno de carvão é uma zona fria e sendo uma zona fria é muito provável que o processo termoquímico da carbonização não aconteça; caso a madeira não se carbonize será gerado um subproduto, o tiço ou madeira semi-carbonizada.
O que você precisa saber sobre zonas (quentes e frias), corpos e massas envolvidas no resfriamento de um forno de carvão
Antes de tudo, relembre que um forno de carvão é composto por regiões e componentes específicos que se interagem pelos três (03) mecanismos explicados no primeiro artigo desta série: A condução, a convecção e a radiação.
Assim sendo, teremos o fornos de carvão repleto de carvão aquecido com as seguintes características :
- Em primeiro lugar, zonas super quentes que são regiões que alcançam temperaturas acima de 800º Celsius. Assim haverá queima de massa carvão;
- Em segundo lugar, zonas quentes que são regiões onde as temperaturas alcançam os 400º Celsius. Portanto, haverá formação de carvão vegetal;
- Por fim, zonas frias que consistem em regiões que alcançam temperaturas inferiores a 180º Celsius. Sendo assim haverá formação de tiço.
No fim do processo de carbonização de um forno de carvão teremos não apenas carvão vegetal mas outros produtos que podemos assim apresentar
- Carvão ocupando aproximadamente de 50-60% do volume do forno;
- Finos de carvão e/ou outros resíduos de elevada superfície que estarão depositados principalmente no piso ou sobre o carvão vegetal;
- Madeira semicarbonizada (tiço) localizado no piso do forno em sua maior proporção;
- Gases internos, ocupando os espaços entre as peças de carvão e todo vazio superior do forno obtido a partir da redução do volume da carga seu acamamento.
Quais são os mecanismos de aquecimento e resfriamento de um forno de carvão?
Para entendermos como um forno de carvão resfria é necessário entender como um forno de carvão aquece. Em suma, resfriar é o inverso de aquecer, e se você entende os mecanismos térmicos que acontecem durante a carbonização do forno irá entender também os mecanismos térmicos que fazem um forno de carvão resfriar.
Durante o processo de carbonização, as zonas de combustão fornecem calor para toda a carga do forno.
Nas zonas de combustão dentro do forno de carvão existe excesso de ar, combustível (madeira ou carvão) e calor. Assim, temos os 03 elementos para se produzir fogo e que, consequentemente, produzirá cinzas, gases (dióxido de carbono, principalmente) e muito calor (800º Celsius de temperatura ou mais).
Nesse processo termoquímico de combustão muita energia térmica é dissipada. Assim, o calor gerado nas zonas de combustão do forno aquecem e promovem a criação de zonas de carbonização. Diferentemente, as zonas de carbonização tem combustível e o calor porém deficiência de ar. Sendo assim, ao final do processo, a madeira é convertida em gases e carvão. Em suma, é um processo incompleto que tem temperaturas finais em torno de 400º Celsius.
Em paralelo, existe a convecção natural no forno de carvão que acontece verticalmente, com gases quentes subindo em direção a copa do forno e gases frios descendo em direção ao piso do forno.
Portanto, todos os processos acima descritos (zonas de combustão, zonas de carbonização, convecção) acontecem simultaneamente. Além disso, tem-se outros mecanismos que acontecem e complementam todo o sistema: irradiação, condução e secagem.
Os três (03) mecanismos de fluxo de calor
Enfim, no processo de resfriamento de carvão, simplificadamente teremos 03 mecanismos térmicos:
- Um primeiro mecanismo de fluxo de calor vertical, que ocorre naturalmente nos fornos de carvão com gás quente subindo e vapores frios descendo;
- Um segundo mecanismo de fluxo de calor horizontal, que ocorre por controle do processo (com intervenção humana) com transferência de calor por radiação e convecção, no sentido das zonas de combustão para a s zonas de carbonização;
- Um terceiro mecanismo que podemos definir como reações térmicas, em que ocorre o desprendimento de gases quentes enquanto a massa de madeira é convertida em carvão nas zonas de carbonização ou incinerada nas zonas de combustão. Tanto na parte de carbonização como na parte de combustão, convertendo massa sólida (madeira) em massa líquida e gasosa (gases não condensáveis e gases condensáveis).
A combinação destes mecanismos de fluxo de calor e de reações termoquímicas é o que irá homogeneizar um processo de carbonização.
Enfim, lhe convido a ler os outros artigos sobre resfriamento de carvão vegetal que irão lhe ajudar no seu aprendizado.
- As 03 chaves do resfriamento de carvão vegetal
- Resfriamento de Carvão Vegetal na Prática
- Fogo no Carvão: 04 Principais Causas
- Resfriamento de um forno de carvão: 07 dicas infalíveis
Autor
Daniel Camara Barcellos, é especialista em CARVÃO VEGETAL e vem estudando e desenvolvendo formas de AJUDAR PESSOAS E EMPRESAS, através do seu conhecimento especializado, a projetarem, operarem e melhorarem unidades de carvão vegetal.
Tem formação acadêmica em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Viçosa , além de Especialização, Mestrado e Doutorado no tema em questão.
NOS ÚLTIMOS 20 ANOS, em mais de uma centenas de projetos, já ajudou inúmeras empresas e pessoas no Brasil e exterio .
A partir dos RESULTADOS COMPROVADOS, em especial de suas unidades ecológicas de produção de carvão vegetal projetadas, tem como perspectiva , mudar a péssima imagem da produção de carvão vegetal e ajudar seus clientes e parceiros a ganharem dinheiro de forma sustentável.
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