Inicialmente, otimizar o resfriamento de carvão vegetal em um forno, acaba por ser um desafio e também um pilar de sucesso de uma unidade produtiva de carvão vegetal. Devido as altas temperaturas necessárias para o processo de carbonização, vários cuidados devem ser tomados ou todo o desempenho da fábrica pode ser comprometido.
Nesse sentido, algumas perguntas são comuns aos que estão começando a aprender sobre carvão vegetal: “Por que não jogar água no carvão para resfriá-lo mais rapidamente? ” “Por que não se abre o forno e deixa o carvão resfriar ao tempo?”.
Ademais, são perguntas em que a resposta é “NÃO SE DEVE FAZER ISSO!”. Em síntese, jogar água no carvão irá estragar o produto, da mesma forma que abrir o forno quente irá promover combustão instantânea da carga de carvão produzida.
Portanto, se você se interessa por este tema, o resfriamento de carvão, lhe convido a ler todo este artigo e os abaixo citados:
- 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
Portanto, a seguir, iremos lhe apresentar logo as 03 chaves que regem o resfriamento de carvão.
Os 03 conceitos físicos que regem o resfriamento de carvão
De antemão, desconhecer estes 03 conceitos chave e ignorar as leis físicas envolvidas, poderá resultar em sérios problemas na cadeia de produção de carvão vegetal; sendo assim, haverão prejuízos financeiros e transtornos operacionais.
Enfim, no tema resfriamento de carvão vegetal, demonstraremos o quão importante é conhecer tais conceitos. Lecionados na disciplina Física em nossa formação escolar básica, e que são extremamente relevantes na produção de carvão.
Porém, a maioria das pessoas, desconhece a aplicação destes conceitos e como eles interferem no processo de resfriamento. Assim, conhecer estes fundamentos trará a você uma visão clara e ampla de como se deve resfriar de maneira efetiva o carvão vegetal dentro de um forno.
Em suma, neste artigo, você irá aprender sobre os conceitos físicos denominados condução, convecção e irradiação aplicados ao processo de resfriamento de carvão. Também, neste artigo você irá aprender sobre o que é resfriamento de carvão e por que é importante resfriar bem um forno de carvão.
A seguir, você entenderá a diferença entre resfriamento de carvão natural e induzido.
Definição de Resfriamento de Carvão Vegetal
A princípio, resfriamento consiste no ato ou efeito de provocar abaixamento de temperatura. Analogamente, consiste no abaixamento da temperatura do produto, podendo ocorrer de forma natural ou induzida.
Todavia, como estamos falando de carvão vegetal, resfriamento consiste no ato de resfriar o carvão após a sua carbonização. Salientamos que, o carvão se encontra em temperaturas médias próximas aos 400º Celsius imediatamente após ser carbonizado, e que precisa ser resfriado para ser acondicionado e comercializado.
Resfriamento natural de carvão vegetal
Simplificadamente, o conceito de resfriamento natural de carvão consiste em deixar a carga de carvão recém carbonizada em repouso trocando calor de forma natural com o meio. Constantemente, o repouso da carga de carvão acontece por um longo tempo, dentro do próprio forno, estando a carga de carvão em um ambiente isolado de trocas gasosas com o meio ambiente.
Portanto o carvão, imediatamente após a sua carbonização, encontra-se aquecido em temperaturas próximas aos 400º Celsius. Neste estado, de altas temperaturas, o carvão transmite calor para o forno aquecendo-o. Sequencialmente, o forno aquecido transmite calor para meio ambiente . Por fim, no meio ambiente o calor é dispersado.
Neste processo continuo e sequencial de troca de calor entre a carga de carvão, forno de carvão e meio ambiente o carvão vai resfriando lentamente.
Nesse sentido, alguns dos fatores que influenciam o resfriamento do carvão que são:
- Condições físicas do meio externo. Em outras palavras, quanto menor a temperatura e maior a ventilação do meio ambiente externo maior será a velocidade de resfriamento do forno de carvão e sua carga.
- Os materiais construtivos do forno de carvão. Resumidamente, quanto mais material isolante o forno possuir mais lento será o resfriamento do carvão.
- A temperatura final do carvão produzido. Em síntese, quanto mais quente o carvão estiver, mais demorado será o processo de resfriamento.
Resfriamento artificial de carvão vegetal
Antes de mais nada, o resfriamento artificial de carvão consiste em usar artifícios e técnicas para resfriar rapidamente o carvão.
Diferentemente do resfriamento natural de carvão, o resfriamento induzido de carvão vegetal explora de artifícios ou técnicas para acelerar as trocas de calor entre carga de carvão, forno de carvão e meio ambiente.
Em futuro próximo, imaginando uma produção de carvão vegetal mais sustentável, espera-se explorar melhor os mecanismos de resfriamento de carvão em especial com uso de técnicas artificiais de resfriamento de carvão.
Assim, dentre algumas técnicas utilizadas para resfriar mais rapidamente o carvão destacamos (1) o uso de equipamentos chamados de trocadores de calor, (2) o uso de água aplicada na massa de carvão na forma de gotículas ou de vapor, (3) o uso de atmosfera inerte ou gases inertes que cessam a reação de combustão ou carbonização do carvão.
- Como acontece o resfriamento de um forno de carvão?
- Quais são problemas mais comuns no resfriamento de carvão?
- O que eu posso fazer para resfriar melhor o carvão vegetal?
A seguir, você aprenderá por que é importante resfriar bem um forno de carvão.
Problemas gerados ao não se resfriar bem o carvão vegetal
Geralmente, o resfriamento inadequado de carvão vegetal no forno poderá resultar em problemas sérios.
Dentre as principias complicações, destacamos os impactos na produtividade média de carvão vegetal da unidade de produção de carvão e os prejuízos na qualidade do produto final (carvão vegetal).
Assim, resumidamente, as consequências de um resfriamento de carvão ineficiente são :
- Aumento do tempo de produção de carvão;
- Incremento no percentual de incêndios (ou focos de fogo) no momento da retirada da carga de carvão;
- Aumento na frequência de focos de fogo no estoque de carvão vegetal;
- Maior consumo de água utilizada para apagar focos de fogo;
- Redução da qualidade do carvão vegetal;
- Incremento nas despesas com manutenção dos fornos de carvão;
- Redução do rendimento em carvão.
Portanto, a seguir, iremos entender como podemos minimizar os problemas acima citados e o funcionamento dos mecanismos de troca de calor no resfriamento de carvão.
Mecanismos de troca de calor no resfriamento de carvão
Desde já, destacamos que o processo de resfriamento consiste em três mecanismos conhecidos de transferência calor. Todavia, eles acontecem de forma simultânea em um forno de carvão vegetal (durante a secagem da madeira, a sua carbonização e por fim no resfriamento do carvão), são eles: condução, convecção e a irradiação. Estes três mecanismos serão explicados a seguir.
Assim, é importante entender e conhecer o funcionamento destes mecanismos no resfriamento de um forno de carvão para que se possa atuar no processo de produção de carvão de forma efetiva e assim realizar um resfriamento de carvão eficaz.
Iremos agora, aprender sobre o conceito de condução térmica no resfriamento de um forno de carvão e sua carga.
Condução térmica no resfriamento de carvão
Primordialmente, condução consiste na transferência de calor através do material, até que atinja a extremidade mais fria. Logo, isso ocorre porque os átomos da região mais quente possuem uma energia cinética média maior que a dos átomos que compõem a região mais fria. Assim sendo, a energia cinética é transferida de uma região para outra sem que os próprios átomos se desloquem, uma vez que eles fornecem energia cinética para outros átomos mediante colisões.
Portanto, a transferência de calor ocorre somente entre regiões que possuem temperaturas diferentes, e o sentido dessa transferência é sempre da temperatura maior para a menor.
Condução de calor no carvão vegetal
Nesse sentido, considerando o produto carvão vegetal, acontece transferência de calor a nível atômico, onde existe transmissão de energia por meio dos elétrons livres que ficam vagando pela rede do carvão, criando assim um fluxo de energia da região mais quente para a região mais fria.
De fato, o mecanismo de transferência de calor por condução é pouco eficiente no carvão. Em contrapartida é muito eficiente em metais.
Também, a própria estrutura química e física do carvão dificulta o processo de condução. Logo condução será o mecanismo de menor influência no resfriamento de materiais orgânicos em especial materiais como madeira e carvão vegetal.
Ora, as estruturas construtivas do fornos têm uma boa condução de calor quando comparadas ao carvão, mas não tão boas condutoras como o metal.
Em resumo podemos dizer que:
- Metal é um excelente condutor térmico;
- Tijolos de um forno tem um condução térmica mediana;
- Madeira é um péssimo condutor térmico;
- Carvão é um péssimo condutor térmico, ainda pior que a madeira.
Iremos agora, aprender sobre o conceito de convecção e sua influencia no resfriamento de carvão.
Convecção de calor no processo de resfriamento de carvão
Seja como for, no caso de um forno de carvão, o gás do forno se movimenta trocando calor com a massa de carvão vegetal e com a parede do forno. Este fluxo de gás interno no forno geralmente acontece de forma natural, sempre com gás quente subindo e trocando calor com a superfície do forno e do carvão, e gás resfriado descendo e entrando em contato novamente com o carvão e partes do forno.
Do mesmo modo, o gás quente do interior do forno ao trocar calor com o próprio forno se resfria. Assim, torna-se mais denso e pesado, passando a trocar calor com a massa de carvão (que está localizado mais abaixo), onde reaquece novamente. Ou seja, este processo de aquecimento e resfriamento do gás por trocar de calor acontece de forma contínua e sincrônica (subindo gás quente e descendo gás frio).
Exemplos de resfriamento por convecção
Para ilustrar, basta você se lembrar da sua geladeira! O que acontece com ar frio da geladeira quando você a abre? O ar frio desce em direção aos seus pés. É possível, muitas vezes, ver uma massa de ar fria e branca “escorrendo” pelos seus pés.
Analogamente, acontece o contrário com uma xícara de café. O que acontece com os vapores que saem da xícara? Os vapores sobem em direção as sua narinas e além do cheiro percebido, muitas vezes você sente o próprio calor do vapor.
Esse mecanismo natural de fluxo de gases e vapores acontece de forma constante no forno de carvão. Qualquer fluido gasoso refrigerado é mais denso que um não refrigerado.
LEMBRE-SE DESTE CONCEITO NO FORNO: GÁS/AR QUENTE SEMPRE SOBE – GÁS/AR FRIO SEMPRE DESCE.
Este mecanismo de convecção acontece continuamente no forno; é uma lei natural. Afinal, ao entender e visualizar esse mecanismo você irá tomar sempre boas decisões com relação a resfriamento de fornos de carvão vegetal.
Iremos agora, aprender sobre o conceito de irradiação e como essa lei física afeta o resfriamento de carvão.
Irradiação térmica no resfriamento de carvão
Em síntese, a transferência de calor por irradiação ocorre em virtude da existência de ondas eletromagnéticas. Assim, tal como a luz visível, a radiação infravermelha e ainda a ultravioleta acontecem sem que a possamos ver a olho nu.
Entretanto, as características dessa radiação dependem da temperatura que o corpo se encontra. Logo, quanto maior a temperatura, maior a frequência e maior a intensidade de energia irradiada.
Sobretudo, a irradiação é a forma de propagação de calor considerada a mais importante, já que sem ela seria praticamente impossível haver vida na Terra. É por irradiação que o calor liberado pelo Sol chega até a Terra.
Em suma, vale destacar que todos os corpos emitem radiação, ou seja, emitem ondas eletromagnéticas, cujas características e intensidade dependem do material de que é feito o corpo e de sua temperatura.
Entendendo a irradiação no forno de carvão
Geralmente, durante o processo de resfriamento do carvão em um forno de carvão, a massa de carvão emite calor por irradiação para o interior do forno. Assim sendo, a massa do forno (paredes, portas, etc.) absorve esse calor, e quando aquecida emite calor por irradiação para o meio ambiente.
Quanto mais quente e mais densa (pesada) é a massa, maior é emissão de radiação.
Entretanto, a medida que as massas (carvão, paredes, etc.) perdem calor, elas irradiam menos, tornando mais lento o processo de resfriamento do carvão. Logo, entende-se o motivo do resfriamento do carvão ser rápido após sua carbonização e ser lento próximo do momento de abertura do forno; a taxa de resfriamento de carvão desacelera com o tempo.
Em síntese, a radiação é o mecanismo que estabelece as taxas de transferência de calor entre corpos.
Portanto, se você se interessa pelo tema resfriamento de carvão, lhe convido a ler todos artigos da série abaixo citados :
- 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 exterior .
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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