[NFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO RENDIMENTO DOS PRODUTOS
DA CARBONIZAÇÂO DE Eucalyptus III/crocorys
Renato da Silva Vieira l , José Tarcisio Limal, Thiago Campos MonteiroJ ,
Thaisa de Sousa Selvatti', Edy Eime Pereira Baraùna', Alfredo Napoli',
(recebido: IOde novembro de 2009; aceito: 28 de setembro de 2012)
RESUMû: Duranle a produçào de carvào vegetal. diferentes produtos sào fonnados. Esses produtos sào resultantcs, principalmente,
da tempcratura rmal de carbonizaçào. Senda 0 carvào vegetal um dos principais insumos na produçào de ferro gusa no Brasil, no
presente trabalho, objetÎvou·se avaliar a innuência da temperatura final de carbonizaçào no rendimento dos produtos gerarlos, e
também verificar a influência da posiçào radial e longitudinal de amostragem nos rendimentos de cada produlo. Para isso, foram
rCliradas amostras da posiçào Înlema e extema ao longo do raie e lambém de très diferentes aituras a partir de quatro âlVores de
Euca~\pllls microcoJ)'s. As amostras foram carbonizadas cm fomo clétrico cxperimental adaptado, corn eondensador resfriado à agua
e fraseo colctor de materiais volateis eondensâveis. As lempemturas finais de carbonizaçào fomm de 500, 600. 700, 800 e 900°C. Em
seguida. foram ealculados os rendimentos gravimétrieos em earvào, liquido pirolenhoso e gases nào eondensâveis. Os resultados
mostram que nào houve diferença de rendimento gravimétrico em earvào nas posiçôcs longitudinais e radiais estudadas; 0 rendimcnto
em Iiquido pirolenhoso e gases nào eondensaveis apresentaram variaçôcs nas temperaturas de 700 0 e e 8000 e; a variaçào do rendimento
gravimêlrieo em eanào. entre as temperaturas de
a 9000 foi de 15 % : a variaçào do rendimento em Iiquido pirolenhoso no
sentido radial de amostragem foi. em média. de 8%: a variaçào do rendimento em gases nào condensâveis no sentido radial de
amostragem foi, cm média. de 16°'0.
soooe
e
Palavras-chave: Rendimento gravimétrieo. liquido pirolenhoso. gases nào condensaveis, variaçào radial, carvào \'egetal.
INFLUENCE OF TEMPERATURE ON PRODUITS YIELD OF Eucalyptus l1licrocorys CARBONlZATION
A BSTRACT: Dl/ring chareoal production difJerent products areformed. These produets are influenced primari~v by the temperature
ofcarbonization. Gi\'en that eharcoal is 'he main input in the production ofpig iron ill Br(t=il. this stlldy evaluared the influenceoffilUlI
temperature ofcarboni::atiofl ofthe producrs generated and a Iso the influence ofthe radial and 100Igirudinal sampling on the yield of
eaeh prodllcr. Samples u'ere takenfrom internaI and exremal position along the radius and alsofrom rhree difJerenr heighrsfrom[our
Euca~\prus microcorys rrees. The samples were carboni::ed in ail e/ectricfurnace wirh (II/ experimental warer-cooled condenser and
a collecring bortleofcondensable l'Olarile materials. Thejinal temperarures ofcarboni:ationll'ere 500, 600, 700. 800 and 900°e. The
gra\'imerric .l'ield, tar and non-condensable gases lI'ere ca/culated. The results showed no difference in rhe gro\'imetric yield in rhe
longitudinal and radial positions studied. while rhe raryield and non-condensab/egases showed remperarure \"Oriations of700oe and
SOO°C and the l'Oriation ofthe grm'imerric yield remperarlires ben\'een 500 0 e to 900 0 e \l'as /5% the changeo/de/d oftOI'[rom the
radial direction o[sampling was On a\'erage 8%. rhe \'Qriarion ofthe yie/d ofnon-condensable gases in a radial sampling was on
average /6°0.
Key words: Gradmelric yie/d. tar, nOn condensable gases. radius \'ariation. charcool.
1 lNTRODUÇÂO
o Brasil é um dos maiores produtores de ferro gusa
a carvào vegetal do mundo. Segundo Milanez (2009), 0
paÎs ocupa ail a posiçào no mercado mundial na exportaçào
de aço bruto que usa, geralmente, 0 c<XJue nos altos-fomas.
Além disso, existe uma politica govemamental no sentido
de aumentar a produçào de aço no pais, tanto para atender
lEngenheiro Florestal, Professor Doutor em Ciência e Tecnologia da Madeira - Universidade Federal do Tocantins/UFT
Departamento
de Engenharia Florcslal - 77402-970 - Gurupi. TO. Brasil - [email protected], ebarauna@;uft.edu.br
~Engcnhciro Florcstal, Professor Doutor cm Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras, UFLA - DcpaTlamcmo de Ciências
Florestais - Cx. P. 3037 - 37200-00 - Lanas. MG, Brasil - [email protected]
lEngenheiro Florestal, Professor Doulorando em Ciéncia e Tccnologia da Madeira - Uni\ersidadc Federal do Malo Grosso do SuLttJFMS Cx. P. 112 - 79560-000 - Chapadào do Sul, MS, Brasil - [email protected]
~Engenheira Floreslal - Universidade Federal de Lavras UFLA - Departamenlo de Ciências Florestais - Cx. P. 3037 - 37200-00 Lavras. MG. BraSl1 - thausascl\3tti@,gmail.com
~Graduado em Ciências dos Materiais. Pesquisador Doutor em Sistemas Energéticos - CIRAD - Département "PERSYST" Performance
des Systemes de production et de transformatÎon tropicaux - TA B-40 16 73 - Rue Jean-François Breton 34398 - Montpellier, Franceal fredo.na pol [email protected]
Cerne, Lavras, v. 19, n. 1, p. 59-64,janJmar. 2013
60
demandas domésticas como 0 mercado externo
(ALENCAR; SOFIA, 2009).
Para a produçào adequada de ferro gusa é
necessârio, além de outras falores, minério de ferro e carvào
de qualidade. 0 carvào vegetal representa cerea de 40°"0
dos custos de produçào na industria siderurgica (SANTOS,
2008). Um dos problemas en frentados pela industria
sidcrurgica brasileira é a heterogeneidade do carvào vegetal
utilizado na fahricaçào do aço cm termas de suas
caracteristicas fisicas, quimicas e mecânicas e 0 baixo
rendimento nos processos de carbonizaçào utilizados
atualmente. Os rendimentos e a heterogeneidade do cardo
vegetal sào decorrente das variaçàes do lenho e do
processo de carbonizaçào.
Quanta à matéria-prima utilizada para a produçào
de carvào vegetal no 8rasil, a madeira de Eucalyptus
apresenta destaque. 0 setac Oorestal brasileiro conta cam,
aproximadamente, 4.8 mîlhôcs de hectares corn plantios
desse gênero (ASSOCIAÇÀO BRASILEIRA DE
PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS - ABRAF,
2012). Deste total. segundo a mesma fonte, 0 segmentode
siderurgia a carvào vegetal, cm 201 l, consumiu quase 17
milhàes de m3 de toras de Eucalyptus.
A maior parte da madeira utilizada para a
carbanizaçào é cortada em plantios corn seis ou scte
an os, idadc deterrninada de acordo corn aspectos
econômicos. Apesar das propriedades da rnadeira
exercerem influência sobre a qualidade do carvào vegetal
cm aspectas camo porosidade, cornposiçào quimica,
densidade, poder calorifico, entre outros (OLIVEIRA et
al., 1982; SANTOS, 2008; VITALet al., 1989), muitas
vezes el as nào sào consideradas na determinaçào da
idade de corte.
Outro fator que contribui no rendirnento da
carbonizaçào e na heterogeneidade qui mica do carvào
vegetal sào as caracteristicas do processo decarbonizaçào
camo a temperatura de aquecimento e a temperatura final
da carbonizaçào. A variaçào da temperatura dentra dos
fornos produz uma matéria-prima corn teor de carbono fixa,
proximo de 98% e uma made ira torrificada. em que 0
processo de carbonizaçào nào se completou (PI HEIRO
et al., 2005). A temperatura final de carbonizaçào afeta as
propriedades do carvào e os rendimentos, tendo alguns
estudos avaliado esse paràmetro. Trugilho e Silva (2001)
avaliaram as influências de temperaturas entre 300 - 900°C
no carvào vegetal de Jatoba (Himenea courbaril) c
obtiveram diferenças no rendimento cm carbono fixo,
material volatil, teor de cinzas e outros cm funçào da
Cerne, Lavras, \'.19, n. 1, p. 59-64,janJmar. 2013
Vieira, R. S. et al.
temperatura final de carbonizaçào; Pinheiro et al. (2005)
estudaram as influências de temperaturas entre 200 - 650°C
e taxa de aquecimento nas propriedades do carvào vegetal
de Euca(lplUs microc01)'seobtiveram a temperatura ôtima
do processo entre 300 - 450°C para os rendimentos
gravimétricos em carvào e teor de carbano fixo.
A variaçào da temperatura final de carbonizaçào
pode ser decorrente das caracterîsticas geométricas dos
fornose do leitoda madeira (FÀVERO et al., 2007), assim
como à velocidade de carbonizaçào, campo de escoamcnto
dos gases, além das caracterîsticas da biomassa camo
umidade, diâmetro, comprimentoe posiçào (PlNHEIRO et
al., 2005).
o presente trabalho pertence a um estudo sobre a
influência da madeira obtida com arvorcs de idade acima
da utilizada no setor florcstal brasileiro para os plantios de
Euca(\pIUS e com parâmetros de carbonizaçào similares à
produçào de coque com carvào fossil, ou seja, até altas
temperaturas (>900°C). Dessa forma, no presente trabalho,
objetivou-se avaliar a influència da temperatura final de
carbonizaçào no balança de massa da carbonizaçào, ou
seja, no rendimento dos produtos gerados nesse processo,
e também verificar a inf1uência da posiçào radial e
longitudinal de amostragem nos rendimentos dos produtos
da carbonizaçào.
2 MATERIAL E MÉTODOS
Foram utilizadas quatro ârvores de Elical.\ptlis
microcorys oriundas de um plantio de procedência
implantado na Universidade Federal de Lavras (UFLA).
As 'rvores abatidas apresentavam idade média de 35 anos.
A altura média das ârvores foi de 30 mctros c 0 diâmetro
médio de 450 mm, obtidos na altura de 1,3 metros de solo.
A densidade bàsica média do lenho foi de 0.880 glcm'.
Dcpois de abatidas. as ârvorcs foram seccionadas
no campo cm très toras de 5 metros de comprimento. Estas
foram transportadas para a Unidade Experimenta de
Desdobro e Secagem da Madeira da UFLA, onde foram
desdobradas cm pranchas centrais de 10 cm de espessura.
A partir das pranchas centrais foram
confeccionados corpos-de-prova de dimensôcs de 5 x 5 x
21 cm, considerando as posiçôcs radiais coma externa e
interna.
As carbonizaçàes foram realizadas no Laboratôrio
de Encrgia da Biomassa da UFLA, utilizando um forno
elétrico (mufla) adaptado com condensador rcsfriado à
agua e frasco colctor (kitasato) de materiais volâteis
condcnsâveis, apresentado na Figura 1.
al.
1nfluência da tempe ratura no rendimento dos produtos ...
5)
61
Para os calculos de rendimento. a madeira foi seca,
pesada e eoloeada no interior do reator para proceder a
carbonizaçàoe, cm seguida. 0 earvào produzido e 0 liquido
pirolenhoso resultante da condensaçào dos gases da
carbonizaçào eram pesados. A quantiticaçào dos gases
que nào se condensavam foi fcita por diferença. Os
calculas dos rendimentos foram fcitos par mcio das
scguintes equaçàes:
'c
al
la
lS
io
)S
n
·0
RC =
o
~
a
a
e
\
s
Ps carvào
x100
Ps madeira
cm que:
RC- Rendimento gravimétrico do carvào (%);
Ps carvào- peso seco do carvào (g);
Ps madeira- peso seco da madeira (g).
RL
Figura 1 - Famo elélrico adaplado corn condensador resfriado
à âgua e frasco calelor de matcriais \'olâtcis condens:hcis.
juntamente corn 0 regulador de temperatura infomlatizado.
=
P liquida
Ps madeira
x100
em que:
RL- Rendimentoem Iiquido pirolenhoso (%);
P Iiquido- peso Iiquido condensado (g);
Ps madeira- peso seco da madeira (g).
Figure 1 - Elec,ricfllrnacefiued \l'illl lIurer cooled co"dell.~er
and boule colleclOr ofl'olatile cOlldensable marerill!s (/follg 11';,11
compllreri::ed remperalllre cOl/trol.
RG
= 100 -
(RC
+ RL)
Os parâmetros de carbonizaçào utilizados foram
emque:
RG- RendimenlO em gàs nào condensàvel (%);
RC- Rendimento gravimétrico do carvào (%);
RL- Rendimento em liquido pirolenhoso (%).
taxa de aquecimento de 0.5 oC min e as temperaturas finais
de carbooizaçào de 500 oC, 600 oC, 700 oC. 800 oC e 900 oc.
Esses parâmetros eram enviados ao rorno elétricos por um
regulador de temperarura infonnatizado(PID) de modo que.
ao atingir a tempcratura descjada, 0 fomecimento de energia
3 RESULTADOS E DlSCUSSÀO
era imediatamente desligado. Essas temperaluras
a Tabela 1. estào apresentadas as médias e os
coeficientes de variaçào dos rendimentos gravimétrico
em carvào, Iiquido pirolenhoso e gases nào
condensâveis, para cada uma das temperaturas tinais
de carbonizaçào.
consideram a faixa real de temperaturas em fornos de
alvenaria, que apresentam 0 gradiente ténnico gerado pelo
uso de sistema de combustào pareial, e para iniciar os
estudos sobre a coqueficaçào do canrào vegetal, processo
que acorre em temperarura elevada (900°C).
Tabcla 1 - Rendirncntos dos produtos da carbonizaçào obtidos nas difcrentes lemperaturas.
Table 1 - },ields 0/prodllcts ohtained at difJerf!1lt carbo"j:atio1l temperatllres.
Temperarura oC
500
600
700
800
900
M
00
Rendimento Gravimétrico
Liquido pirolenhoso
Média
CV
Carvào vegetal
Média
CV
34
31
28
27
29
6
10
8
7
6
média dos rendimenros em porccntagcm: CV
4
48
7
24
17
42
25
29
36
43
40
49
00_
Gases nào condcns3veis
Media
23
29
22
13
22
CV
26
31
9
Cocficicnte de \'ariaçào cm porcentagem.
Cerne, Lavras, v. 19, n. l, p. 59-64, janJmar. 2013
62
Observa-se, na Tabela l, 0 rendimento da
carbonizaçào entre SOO°C e 900°C, Os rendimentos em
carvào estào na faixa de 29 e 34%. Os resultados
indicam que a idade das afvores possui pouca
influência no rendimento média cm carvào. Por outro
lado, observa-se que a qucda do rendimcnto
gravimétrico cm carvào da tempcratura final de
carbon izaçào de SOO°C para 900°C foi de S'llo e que de
700°C até 900°C ocorreu uma tendência de estabilizaçào
do rendimento gravimétrico. Esse resultado indica que
a transformaçào da madeira cm carvào vegetal OCOTTe
durante a primeira clapa da carbonizaçào. até soooe. E
que entre soooe e 900 0 e a transformaçào do carvào
vegetal OCOTTe, principal mente, corn 0 rearranjo da
cstrutura do carvào vegetal. 0 mesmo fenômeno
acontece corn 0 coque.
Resultados semelhantes foram os obtidos por
Oliveira et al. (1982), que avaliaram os rendimentos
gravimétricos em diferentes temperaturas de
carbonizaçào, utilizando Eucalyptus grandis com 5,5
anos e Trugilho e Silva (2001), que também avaliaram
os rendimentos gravimétricos em diferentes
temperaturas de carbonizaçào, util izando Jatoba
(Himenea courban'I L.) na mesma faixa de 500°C.
Ambos os autores observaram a diminuiçào do
rendimento gravimétrico em carvào com 0 aumento
da temperatura final de carbonizaçào, sendo que
Trugilho e Silva (2001) ainda observaram
estabilizaçào desses rendimentos nas temperaturas
mais elevadas.
É importante ressaltar que 0 estudo corn
tempera tu ras que nào sào aplicadas no mercado vern ao
encontro de novas tecnologias que estào sendo
estudadas para a produçào de carvào cam, as quais, os
fornos mantêm as temperaturas acima de SOO°C. Esse
parâmetro, produz carvào corn rendimento satisfat6rio e
com resistência mecânica desejavel para a aplicaçào
siderurgica.
a rendimento cm liquido pirolenhoso c gases nào
condensaveis inicialmente tenderam a aumentar, porém,
em seguida, nào seguiram uma tendência, diferindo de
Valente et al. (1985), que avaliaram os rendimentos desses
produtos na carbonizaçào de Eucalyptus desses produtos
entre 300°C e 600°C e observaram uma estabilizaçào ap6s
4S0°C. Entretanto, Oliveira et al. (1982), de uma maneira
geral, encontraram maiores rendimentos de liquido
pirolenhoso e gases nào condensaveis, à medida que a
tcmperatura aumentava.
Cerne, Lavras, v. 19, n. l, p. 59-64,jan.lmar. 2013
Vieira, R. S. et al.
Na Figura 2, verifica-se que os rendimentos entre
as posiçè>es, interna e externa tendem a nào se diferenciarern
para 0 rendimento gravimétrico em carvào, exceto nas
temperaturas de 700°C e 800°C, resuUado diferente do
encontrado por Trugilho e Silva (2001) que obtiveram
comportamento distinto entre cerne e alburno, de acordo
corn a temperatura final. Observando 0 rendimento em
Iiquido pirolenhoso e gases nào condensaveis ha uma
tendéncia de diferenciaçào a partir de 600°C, igualando
novamente em 900°C. Adiferença entre a posiçào interna e
externa para 0 rendimentoem liquido pirolenhoso à 700°C
foi de 6% e para 800°C foi de 10%, sendo que a posiçào
que apresentou maior rendimento foi a externa. Houve
também uma diferença no rendimento de gases nào
condensaveis e essa diferença foi de 16% na temperatura
de 700°C e de IS% para a temperatllra de SOO°c, A posiçào
que aprescntou maior rendimento em gases nào
condensaveis foi a posiçào interna. rode se observaI'
também que nas temperaturas onde houve difercnças nos
rendimentos de liquida e gas, sendo que esses
rendimentos sào inversamente praporcionais, embora a
diferença entre as posiçôes nào apresentem a mesma
proporçào dentre as posiçôes. Os resultados
encontrados para 0 liquido pirolenhoso e gases nào
condensaveis nas diferentes posiçoes diferiram dos
obtidos por Trugilho et al. (2005) que encontraram
diferenças nào significativas na posiçào radial.
"
50
45
~40
~
35
_
.... -..../
..
-... RG %
E~lcmo
- . - RG .'. Jmcmo
___ LI' .,. Extcmo
] JO
.....- LI' ·'0 [nlerno
~
25
_GNC% EXlcrno
20
GNC .,. lnlcmo
15
500
600
700
800
900
TempcmlUr:l de carbonizaçao'C
Figura 2 - Rendimentos dos produtos da çarbonizaçào obtidos
nas posiçôcs interna c cxtema em diferentes temperanlras.
Figure 2 - fields ofprodllcts obtained fi'Dm carbolli::arion on
internaI and e.:rternal positions Of difJerent remperatllres.
Na Figura 3, apresenta-se a variaçào longitudinal
para 0 rendimento gravimétrico, rendimento em Iiquido
pirolenhoso e rendimento em gases nào condensaveis
obtidos nas três toras do fuste.
Influência da temperatura no rendimento dos produtos ...
(A)
.' 3'
8 c
-<;i 30
;
_2 Tora
500
600
700
800
900
1000
Tempcrarura Ik carbomnçio C
.... 54
(8)
~ 5'
~
50
11 48
t~6
.g~
g.42
..... 1 TOf3
~ 40
.....2'Tonl
"38
36
~
~
J Tora
34
B303~
~
400
500
600
700
900
'00
Tcmpcratura de carbonlzaçâo
1000
~,C
63
poslçao longitudinal, no entanto, observa-se na
temperatura de 600°C que ha um decréscimo acentuado na
2° tora. A 1°e a 3° tara apresentaram tendências semelhantcs.
Nas tendèncias do rendimento em liquido
pirolenhoso (Figura 38). em funçàoda variaçào longitudinal,
a 10e a 3 0 tora apresentaram menores rendimentos em
1iquido pirolenhoso, embora as variaçôes apresentem
magnitudes diferentes. Ja. a 2° tora apresentou uma
tendência de aumento do rendimento até SOO°C e, a partir
de emào, apresentou um decréscimo até 900°C.
a Figura 3C, seguindo a tendência dos oulros
rendimentos estudados a 1° e a 3° tora, apresentaram a
rnesma tendência para 0 rendimento em gases nào
condensâveis. Embora a 1° tora, para rendimento em
liquido pirolenhoso. tenha apresentado comportamento
crescente, no rendimento em gases nào condensaveis
esse comportamento segue as 2° e 3° toras até 800°C e
quando chega a 900°C ocorre uma in versào decrescendo
o rendimento dos gases nào condensaveis. A 3°tora,
retirada da posiçào mais alta do fuste, apresentou, em
média. um maior rendimento cm gases nào condensaveis
e um menor rendimenro em liquida pirolenhoso. A 2°tora
apresentou, cm média, a menor rendimento em gases nào
condensâveis e um maior rendimento de Iiquido
pirolenhoso.
4 CONCLUSÔES
5
c
~
"
-g
22
cil
20
400
500
600
700
900
'(JO
Temperalura de caroonlnçào -C
1000
Figura 3 - A - Variaçào longitudinal do rendimento gravimétrico
em difcrcntes temperaluras; B - Variaçào longitudinal do
rendimento em liquida pirolcnhoso cm difcrentcs tcmperaturas:
C - Variaçào longitudinal do rcndimcnlo cm gascs nào
condensâveis cm difercntes tcmperaturas.
Figure 3 - A - Longitudinal l'aria/ion ofthegra\'imetric yie/d in
dijJereflt remperatures: B - LOllgillldina/ ra,.iation of the
pyroligneous /iquid .l'ie/d in d~fferetlf tempe,.arllres: C .
Longirudinal l'ariation of the non-condensable gases yie/d in
diU"erenttemperalllres
Na Figura 3A, observa-se que 0 rcndimento
gravimélrico em carvào nào se altera com a diferença da
Corn base nas interpretaçôes dos resultados podese concluir que:
- nào houve diferença entre os rendimentos
gravimétricos em carvào nas posiçôes longitudinais e
radiais estudadas;
- os rendimentos em liquido pirolenhoso e gases
nào condensaveis apresentaram variaçôes nas
temperaturas de 700°C e 800°(;
- a variaçào do rendimemo gravimétrico em carvào
entre as temperanJras de 5()()OC a 900°C foi de \5%;
- a variaçào do rendimento em Iiquido pirolenhoso
no sentido radial de amostragem foi. cm média, de 8%;
- a variaçào do rendimento em gases nào
condensaveis no sentido radial de amostragem foi. cm
média, de 16%.
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64
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