FORNALHA A CARVÃO VEGETAL

Juarez de

Sousa e Silva

Roberto Precci

Lopes

Sérgio Maurício

Lopes Donzeles

Douglas

Gonzaga Vitor

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2013

COMBUSTÃO DA BIOMASSA

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Biomassa• É uma fonte renovável de energia tão antiga

quanto a própria história da civilização

• Dentre as atividades agrícolas, a

cafeicultura apresenta o maior e mais

oportuno potencial para atender a secagem

da produção principal

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COMBUSTÃO A conversão da biomassa em energia é feita em

fornalhas e queimadores.

O calor gerado pela combustão pode ser transferido

para um fluido (ar, água, óleo etc) e até mesmo

para um material sólido.

O processo de combustão comum consiste,

essencialmente, na reação química entre o

hidrogênio e o carbono, presente nos combustível

(biomassa ou fóssil), com o oxigênio do ar.

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COMBUSTÃO

Pode ser definida como o processo de oxidaçãode um combustível sob uma combinação defatores que ocorrem simultaneamente, gerandocalor (reação exotérmica).”

Para que ocorra a reação é necessário:

• combustível;

• Comburente (oxigênio);

• temperatura de ignição.

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COMBUSTÃO

Combustão eficiente é aquela em que todosos elementos combustíveis, resultantes doprocesso de queima, são transformadostotalmente em dióxido de carbono (CO2),água (H2O) e calor.

Para que ocorra a reação de oxidação, ostrês componentes devem estar disponíveissimultaneamente:

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ELEMENTOS DA COMBUSTÃO

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TEMPERATURA OXIGÊNIO

COMBUSTÍVEL

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IGNIÇÃO A temperatura de ignição é aquela na qual a

mistura deve atingir para iniciar o processo de

combustão. Está relacionada com a pressão e com

o tipo de combustível.

Além da temperatura de ignição, a reação de

oxidação é função da turbulência do ar e do tempo

disponível para a combustão (Comumente chamado

de três Ts da combustão: temperatura, turbulência e

tempo).

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TEMPERATURA DE IGNIÇÃO

Combustível Temperatura de Ignição( oC )

Carvão Mineral 400 – 500

Carvão Vegetal 340 – 400

Lenha Seca 300

Gás Metano 650

Monóxido de Carbono 650

GLP 500

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FORNALHAS Fornalhas são dispositivos projetados para assegurar a

queima completa do combustível, de modo eficiente e

contínuo, em condições que permitam o aproveitamento

máximo da energia térmica liberada.

O projeto de uma fornalha é baseado nos 3 Ts da combustão:

temperatura, turbulência e tempo.

O tamanho e a forma da fornalha dependem:

• Tipo de combustível,

• Dispositivo de queima

• Energia a ser liberada em determinado intervalo de tempo.

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CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS

As fornalhas podem ser classificadas, quanto à natureza doscombustíveis, em:

• Fornalhas para combustíveis sólidos (lenha, carvãovegetal, sabugo de milho, etc.);

• Fornalhas para combustíveis sólidos pulverizados (carvãoem pó, casca de arroz, de café, etc.);

• Fornalhas para combustíveis líquidos (óleo diesel, óleoBPF, álcool etc.); e

• Fornalhas para combustíveis gasosos (gás natural, GLP,etc.)

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FORNALHA COM AQUECIMENTO DIRETO

Nas fornalhas com sistema de aquecimento direto,a energia térmica proveniente dos gases dacombustão é adicionada diretamente ao arambiente antes de passar pelo secador (não existetrocador de calor).

Essas fornalhas necessitam um decantadortangencial ou ciclone para decantação departículas finas. São classificadas como de fluxodescendente e fluxo ascendentes.

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AQUECIMENTO DIRETO (DESCENDENTE)

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AQUECIMENTO DIRETO (DESCENDENTE)

Clique na figura para ver

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CÂMARA DE COMBUSTÃO DIRETA

Fornalha de Aquecimento direto - Joscil

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AQUECIMENTO DIRETO

Fornalhas para Resíduos

• foram projetadas, construídas e avaliadas, no DEAda UFV, dois modelos de fornalhas.

• Apesar de características semelhantes, elasqueimam serragem de madeira, pergaminho docafé, moinha de carvão ou biomassa fragmentada.

• As fornalhas podem ser operadas com a queima delenha/biomassa fragmentada ou apenas com alenha.

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AQUECIMENTO DIRETO

Clique na figura ao lado para ver

Para combustíveis

sólidos ou

pulverizados

Alimentação por helicóide Alimentação pneumática

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FORNALHA COM AQUECIMENTO INDIRETO

Fornalhas com aquecimento indiretopossuem trocador de calor que aquece umasegunda substância que conduz o calor. Umacaldeira gera vapor que passa pelo trocadorde calor e retorna para a caldeira. (Figura)

Neste tipo de sistema, há perda pelochaminé e para o sistema, resultando emuma menor eficiência quando comparado àfornalha de fogo direto.

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CALDEIRA FOGOTUBULAR

Caldeira Horizontal com duas passagens

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FORNALHA COM AQUECIMENTO INDIRETOMODELO UFV/EMBRAPA-Café

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FORNALHA COM AQUECIMENTO INDIRETO

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CARVÃO VEGETAL

O carvão vegetal é obtido, artificialmente, em fornos através dacarbonização da lenha, com uma eficiência de conversão de 50 a55%. (Figura 1)

O carvão vegetal e a lenha são os melhores combustíveis para usona secagem de produtos agrícolas no Brasil. Com odesenvolvimento de novas fornalhas, o uso do carvão deverá serincrementado na secagem de produtos agrícolas, a exemplo dalenha.

A utilização do carvão proporciona grande autonomia de operaçãoe combustão com um mínimo de cinzas.

Para secagem e aquecimento de ambiente, escolha uma fornalhacom alimentação constante.

Uma alimentação adequada fornecerá temperatura constante ao ar desecagem e melhor combustão da lenha.

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CARVÃO VEGETAL

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O PORQUÊ DA FORNALHA A CARVÃO A secagem é a operação que mais consome energia na

produção de grãos.

Apesar de haver equipamentos para controle de

processos, a otimização da operação de secagem cabe,

também, ao operador. Além da durabilidade e do custo

inicial, a facilidade de operação e alta eficiencia térmica

são características desejáveis de uma fornalha.

As operações de secagem e armazenagem, quandorealizadas corretamente e com equipamentos eficientes,contribuem significativamente para a redução dos custosoperacionais.

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Tempo, hs

Tem

pera

tura

,

o C

Temperatura do ar aquecido

Temperatura do ar ambiente

Média 23,5 0,64oC

Média 61,4 1,2oC

Temperatura dos gases na saída da fornalha

Média 124 4,1oC

±

±

±

Uma fornalha deve produzir calor com variação mínima ao

longo do tempo, independentemente, das variações

ambientais.

O porquê da FORNALHA A CARVÃO

Próximo

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Componentes da fornalha a carvão

Próximo

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O porquê da temperatura constante

Câmara de queima com alimentação

(ar+combustível) Constante

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27

Componentes da fornalha

Próximo

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Montagem passo a passo

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Forma e laje concretada para separar a base e o cinzeiro da fornalha

Forma e laje concretada para separar o cinzeiro da câmara de combustão.

Formas e lajes

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Formas e lajes

Para separar a câmara do pré-aquecedor

Para fechar o pré-aquecedorPróximo

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Formas e lajes

Para construção do ciclone

Próximo

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Câmara inferior da fornalha (completa a queima)

Módulo 1 - Base da Fornalha

Próximo

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Módulo 1 - Base da Fornalha

Base da fornalha mostrando o revestimento interno com tijolos comuns

Base recebendo a laje e pronta para receber o módulo cinzeiro

Próximo

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Módulo 2 - Cinzeiro

Base para a construção do cinzeiro (observe a abertura para retirada das cinzas).

Próximo

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Módulo 2 - Cinzeiro

Cinzeiro com detalhes do revestimento interno

Cinzeiro recebendo a laje e pronto para receber o módulo 3

Próximo

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Módulo 3 -câmara de combustão

Base para construção da câmara de combustão

Próximo

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Módulo 3 -câmara de combustão Câmara de

combustão com

detalhes do

revestimento interno

e montado sobre o

módulo 2.

Câmara de combustão recebendo a laje e pronto para receber o módulo 4

Próximo

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Módulo 4 - câmara de Resfriamento

Base para a construção da câmara de resfriamento

Próximo

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39

Módulo 4 - câmara de ResfriamentoCâmara de

resfriamento com

detalhes do

revestimento interno

em tijolos e montadosobre o módulo 3.

Câmara de resfriamento recebendo a laje e pronto para receber o módulo 5.

Próximo

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40

Módulo 5 – Depósito de carvão

Depósito de carvão ou briquete e detalhe da grelha suspensa e removível.

Próximo

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Componentes básicos da fornalha

Configuração da fornalha com os cinco módulos montados e detalhes

da câmara de combustão com a grelha acoplada ao depósito de carvão.

Próximo

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Detalhes da fornalha com ciclone e duto de ligação com o ventilador

Fornalha com Ciclone

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Detalhes internos do ciclone com entrada

tangencial inferior e porta de limpeza

Construção do Ciclone

Aberturas reguláveis

Posicionamento do ciclone em

relação à fornalha e detalhes dos

registros na saída da fornalha e

entrada no ciclone.

Próximo

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Construção do Ciclone

Revestimento externo e detalhe da fôrma metálica para facilitar o assentamento

dos tijolos e a formação da coroa com aberturas tangenciais em alvenaria.

Coroa metálica para

auxiliar a montagem do

ciclone

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Fornalha a Carvão adaptada em Um secador rotativo

Próximo

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Corte longitudinal da fornalha, mostrando seus componentes e trajetória

dos gases de combustão

Funcionamento da Fornalha a carvão

Próximo

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Corte longitudinal da fornalha, mostrando seus componentes

e trajetória dos gases de combustão

Funcionamento da Fornalha a carvão

Próximo

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Obrigado Pela AtençãoQual dúvida – juarez @ufv.br

UFV- EPAMIG -EMBRAPA-Café