Apostila Prof. Juarez - Capítulo 8 - ENERGIA NO PRÉ-PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS

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Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 199
Capítulo
8
 
 
ENERGIA NO PRÉ-PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS 
 
 
Roberto Precci Lopes 
Juarez de Sousa e Silva 
Edney Alves Magalhães 
Jadir Nogueira da Silva 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Na produção de grãos, a secagem, no caso específico do milho, pode representar 
até 50% do consumo total de energia. Apesar de haver, à disposição do usuário, 
equipamentos para controle de processos, a tomada de decisão para a otimização de uma 
determinada operação cabe ao operador. As operações de secagem e armazenagem, 
quando conduzidas corretamente e com equipamentos eficientes, contribuem 
significativamente para a redução dos custos operacionais, em razão da economia de 
energia que propiciam. 
Os procedimentos a serem adotados para melhorar o uso da energia em processos 
agrícolas, em especial na secagem de grãos, dependem do tipo de sistema de secagem e 
dos manejos adotados. Os sistemas de secagem com ar natural ou com o ar levemente 
aquecido são exemplos de sistemas econômicos. No capítulo 5 – Secagem e Secadores - 
é mostrado que, colhendo milho com 25% e secando-o até 18% num sistema a altas 
temperaturas, e completando a secagem até 13% num silo secador-armazenador, pode-se 
economizar até 50% do combustível e dobrar a capacidade do secador. Entretanto, não 
basta apenas adotar o sistema de secagem mais econômico. É preciso bom 
conhecimento sobre conservação de grãos, para que o produto não se deteriore durante a 
fase de secagem/armazenamento com ar natural e a baixas temperaturas. Na secagem 
com ar natural, embora se utilize a entalpia do ar como fonte de energia para a secagem, 
há que considerar o custo da energia elétrica para acionamento dos ventiladores, que, 
dependendo do número de unidades secadoras (volume de grãos a serem secos), pode 
representar um custo considerável. Caso haja uma programação por parte da 
concessionária de energia elétrica, deve-se optar pela operação com tarifa diferenciada 
e, se possível, evitar o funcionamento do sistema em horários de ponta. 
 
 
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 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 200 
2. COLHEITA E ENERGIA 
 
A antecipação da colheita como prática para economia de energia na secagem 
constitui um equívoco, sendo muito utilizada por alguns fabricantes de secadores para 
mostrar a eficiência de seus produtos quando secam grãos com alta umidade inicial. Esta 
prática reduz as perdas no campo, mas traz como inconveniente um consumo adicional 
de energia com a secagem de grãos mais úmidos. A necessidade de liberação do campo 
para novos plantios ou a melhor qualidade do produto colhido antecipadamente são as 
principais vantagens e, na maioria dos casos, pode compensar o gasto com energia na 
secagem. A Figura 1 mostra que, para um mesmo teor de umidade final, a quantidade de 
energia por unidade de água evaporada necessária para a secagem de milho é tanto 
menor quanto maior o teor de umidade inicial do produto. Por essa razão, a secagem no 
campo, aproveitando a entalpia do ar ambiente, promove eficientemente a secagem de 
grãos úmidos, principalmente quando a umidade relativa de equilíbrio está próxima a 
100%. Por outro lado, é preciso observar que, quanto maior o teor de umidade inicial do 
milho, apesar da menor quantidade de energia necessária à remoção por kg da água do 
grão, a quantidade total de energia requerida para secar o produto até o teor de umidade 
adequado ao armazenamento aumenta para grãos com maior teor de umidade inicial. 
A Figura 2 mostra que a quantidade de energia gasta para secar uma tonelada de 
milho de 18% para 13% é de 140.825 kJ, ao passo que a quantidade de energia para 
secá-lo de 28% para 13% é de 413.577 kJ ou três vezes maior. A economia de energia 
que se obtém, não considerando o rendimento do secador e os gastos com 
movimentação de ar, é de 272.752 kJ por tonelada de milho. Em termos energéticos, não 
é vantajoso colher grãos com teor de umidade elevado. Deve-se colhê-los no teor de 
umidade que minimiza as perdas na colheita. 
A capacidade de colheita e a dos equipamentos de secagem são também 
parâmetros importantes para a economia de energia. A demora, ou a rapidez, da colheita 
levará a grãos com menores ou maiores teores de umidade e, se a capacidade de 
secagem for inferior à de colheita, implicará um custo adicional com energia para 
manutenção de grãos úmidos sob aeração em silos pulmões e com possível início de 
deterioração do produto. 
 
2.380
2.400
2.420
2.440
2.460
2.480
16 18 20 22 24 26 28 30
Teor de umidade inicial, % 
kJ
/k
g 
de
 á
gu
a 
ev
ap
or
ad
a
Uf = 13 % bu
Uf = 15 % bu
Uf = 18 % bu
Uf = 20 % bu
T ar = 60 C
Umidade final
 
Figura 1 – Energia necessária à remoção de um quilo de água durante a 
secagem de Milho. 
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Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 201
30
80
130
180
230
280
330
380
430
480
16 18 20 22 24 26 28 30
Teor de umidade inicial, % b.u.
En
er
gi
a,
 M
J Uf = 13 % bu
Uf = 15 % bu
Uf = 18 % bu
Uf = 20 % bu
T ar = 60 C Umidade final
 
Figura 2 – Quantidade de energia necessária à secagem de uma tonelada de 
milho 
 
3. RACIONALIZAÇÃO DE ENERGIA 
 
3.1. Recomendações Práticas 
A implantação de um programa interno de conservação de energia constitui o 
primeiro passo para o combate ao desperdício e o uso racional da energia dentro de uma 
unidade armazenadora. Um programa bem elaborado permite otimizar o uso da energia, 
evitando ações isoladas e duplicação de esforços, que tendem a perder seus efeitos ao 
longo do tempo; é melhor utilizar os recursos econômicos, materiais e humanos para a 
minimização da relação consumo/serviços, contribuindo assim para a redução dos custos 
embutidos com energia nas taxas de serviços de armazenagem prestados. 
Numa unidade armazenadora, a economia de energia resulta das economias 
obtidas em cada etapa do pré-processamento. Equipamentos limpos e em bom estado de 
conservação e com manutenção regular constituem medidas básicas para a conservação 
de energia. Os pontos a seguir são sugeridos para um melhor desempenho operacional 
com uso racional da energia: 
1- Faça uma pré-limpeza eficiente. As impurezas aumentam o consumo de 
energia na secagem e nas operações de aeração. A instalação de filtros ou 
ciclones após a fonte de aquecimento e na entrada do secador contribui para a 
retirada de impurezas responsáveis por incêndios e obstruções à passagem do 
ar. 
 
Clique para ver: vídeo 1 
 
2- Monitore as condições do ar de exaustão com sensores de temperatura e 
umidade. Estes parâmetros são úteis na determinação da energia contida no 
ar de exaustão. Se a exaustão estiver com baixa umidade relativa, estude a 
possibilidade de recuperação de parte deste ar. 
3- Faça inspeções freqüentes em máquinas de pré-limpeza, coluna de secagem, 
plenum de secadores, dutos de ar, costura de chapas de silos e secadores, para 
certificar-se das perdas de cargas ou fuga de ar. 
4- Evite secagem excessiva, verificando freqüentemente o teor de umidade dos 
grãos. Um descuido na secagem de 1.000 toneladas de milho de 20 para 11% 
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 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 202 
b.u., quando normalmente o teor de umidade seria de 13%, resultaria num 
consumo adicional de energia em 25%. 
5- Utilize eficientemente os combustíveis. A presençade umidade nos 
combustíveis sólidos destinados à queima em fornalhas constitui um 
obstáculo à produção de calor. A água, ao ser evaporada, subtrai calor do 
processo de combustão, resultando em saldo menor de energia para a 
secagem. Quanto mais seco for o material combustível, maior 
aproveitamento se fará do combustível. Por esta razão, a lenha deve ser 
protegida das chuvas. O teor de umidade da lenha deve ser inferior a 30%. 
Na impossibilidade de abrigos para lenha, pode-se empilhá-las na forma de 
cones. As águas precipitadas sobre o monte escorrerão pela lateral do cone, 
encharcando apenas as toras superficiais. 
6- Escolha uma fornalha com alimentação constante. Caso contrário, evite que a 
fornalha queime toda a lenha para ser alimentada novamente. Uma 
alimentação adequada fornecerá temperatura constante ao ar de secagem e 
melhor combustão da lenha. 
7- Durante a alimentação da fornalha com aquecimento indireto, a tiragem 
promove a entrada de grande excesso de ar, que resfria a temperatura da 
chama, diminuindo a disponibilidade de energia e provocando aumento da 
perda de calor sensível pela chaminé. Evite abrir desnecessariamente a 
entrada de ar primário da fornalha. 
8- Secadores modernos dispõem de sistemas de medição e de controle capazes 
de garantir uma secagem de qualidade e segura; a aquisição de equipamentos 
modernos quando da ampliação das unidades armazenadoras deve ser 
considerada, pois, embora representando um custo inicial elevado, o 
investimento, a longo prazo, é compensado pela qualidade do produto e 
economia de energia. 
 
3.2. Manutenção de Equipamentos e Iluminação 
Mesmo reduzindo substancialmente a mão-de-obra, a granelização e automação 
de unidades armazenadoras fazem destas grandes consumidoras de energia elétrica. 
Assim, a determinação e eliminação dos pontos de desperdício, por meio de auditoria 
energética, devem ser uma prática rotineira e executada tanto nos equipamentos elétricos 
(motores, aquecedores, iluminação, etc.) como em qualquer equipamento que consuma 
combustível. Todo esforço para manter os equipamentos funcionando adequadamente 
pode não ser efetivo, se o consumo de energia elétrica estiver fora dos padrões 
tecnicamente recomendáveis. Na avaliação geral sobre a eficiência de equipamentos 
específicos, a energia elétrica representa parcela que pode comprometer o rendimento 
global da unidade de pré-processamento. As medidas sugeridas a seguir podem 
contribuir significativamente para melhor eficiência dos equipamentos e para o uso 
racional da energia. 
1- Verifique se os condutores elétricos encontram-se corretamente 
dimensionados. Aquecimento nos condutores elétricos pode significar 
sobrecarga e colocar em risco a segurança dos equipamentos. As perdas por 
efeito Joule (aquecimento) também ocorrem em transformadores, motores e 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 203
lâmpadas. Estas perdas, que variam com o quadrado da corrente elétrica, são 
significativas e devem ser erradicadas; uma nova carga só deve ser 
adicionada ao circuito se estiver prevista no projeto. 
2- A fuga de corrente constitui uma causa comum de perda de energia, sendo 
fator de aumento na conta de energia elétrica. Os pontos de fuga são 
geralmente causados pelo descaso com a manutenção das instalações, como: 
emendas malfeitas e ou mal isoladas, fios desencapados ou com isolação 
degradada, conexões inadequadas, tomadas inadequadas, equipamentos 
defeituosos, dentre outros. Inspeções nas instalações e teste nos 
equipamentos são medidas eficazes para detectar pontos de fuga. 
3- Evite sobrecarregar os transformadores - quanto maior a carga, maiores as 
perdas pelo efeito Joule e, conseqüentemente, redução da vida útil do 
equipamento; os transformadores que trabalham com 80% de sua potência 
nominal proporcionam rendimento e vida útil satisfatórios; elimine 
progressivamente os transformadores mais antigos, quando avariados, 
substituindo-os por equipamentos modernos e eficientes. 
4- Dê atenção especial ao fator de potência - valores baixos de fator de potência 
acarretam correntes elevadas; quedas de tensão acentuadas provocam 
aumento no consumo de energia; motores e transformadores operando em 
vazio ou superdimensionados, nível de tensão acima da nominal e grande 
quantidade de motores de pequena potência são as principais causas do baixo 
fator de potência em uma unidade industrial. 
5- Em unidades armazenadoras que apresentam ociosidade nos períodos de 
entressafra, deve-se pensar no fato de a instalação ter um transformador 
extra, de menor porte, para evitar as perdas em vazio nas horas de baixa 
utilização de energia (embora estas perdas possam parecer desprezíveis em 
relação à potência total do transformador, elas se tornam significativas 
quando comparadas com o consumo total da instalação, uma vez que o 
transformador permanece em funcionamento o tempo todo). 
6- Verifique o índice de carregamento dos motores elétricos de transportadores, 
exaustores e ventiladores, máquinas de beneficiamento, etc; ajuste-os à carga, 
utilizando de preferência motores de alto rendimento. 
7- As transmissões e os acoplamentos constituem elementos de perdas de 
rendimentos (quanto menor a eficiência do acoplamento, menor será a 
potência à máquina acionada); portanto, opte por acoplamento direto (relação 
de velocidade 1:1) e, na impossibilidade, verifique nos acoplamentos o 
paralelismo, o alinhamento e a tensão dos elementos de transmissão; opere os 
equipamentos na capacidade de carga para o qual foram dimensionados, 
como já mencionado. 
8- Elabore um plano de manutenção preventiva dos equipamentos e execute-o 
segundo recomendação do fabricante; utilize o período de entressafra para 
limpeza e manutenção preventiva dos equipamentos (a vida útil e o consumo 
de energia dos equipamentos dependem do seu estado de conservação). 
9- Nos armazéns convencionais, ligue somente as lâmpadas necessárias às áreas 
de trabalho. Aproveite a iluminação natural, utilizando uma porcentagem da 
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 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 204 
cobertura do armazém com telhas transparentes incolores (no caso de 
armazéns para café, utilize telhas transparentes que permitam boa 
iluminação, mas que filtrem os raios na faixa do violeta, prejudiciais à 
qualidade do café beneficiado); utilize a iluminação localizada em pontos 
como painéis de controle, quadros de comandos, registros, escadas etc. (esta 
prática resulta numa melhor eficiência do que a iluminação colocada em teto 
do armazém). 
10- Mantenha lâmpadas, refletores e lentes de luminárias limpas. 
11- Dê preferência ao uso de lâmpadas fluorescentes, com reator eletrônico ou 
convencional de alto fator de potência, e com luminárias espelhadas na 
iluminação de áreas internas. 
12- Na iluminação de grandes áreas externas, dê preferência ao uso de lâmpadas 
a vapor de sódio. 
 
4. CONSUMO DE ENERGIA E EFICIÊNCIA DE SECAGEM 
 
Define-se consumo específico de energia como a quantidade de energia por 
unidade de massa necessária à remoção da água nos grãos. Em se tratando de secadores, 
esta energia provém do combustível para aquecimento do ar de secagem e da energia 
elétrica necessária ao acionamento dos ventiladores e transportadores de grãos. 
Considerando-se somente a energia gasta com óleo combustível (consumo de 
287 kg.h-1, massa específica de 820 kg.m-3 e poder calorífico de 43.240 kJ.kg-1), o 
consumo específico de energia (CEE) na secagem de milho de 18 para 13 % b.u., em um 
secador que fornece 40 t/h de produto seco, pode ser determinado da seguinte forma: 
a) A quantidade de produto úmidocorrespondente àquela tonelada é determinada 
pela expressão: 
 
i
f
fi U100
U100PP
−
−
= eq.1 
 em que 
Pi – peso inicial do produto úmido, kg; 
Pf – peso final do produto seco no teor de umidade final, kg; 
Ui – teor de umidade inicial, porcentagem base úmida; e 
Uf – teor de umidade final, porcentagem base úmida. 
 
b) Quarenta toneladas de produto seco correspondem a uma carga inicial de 
439.42
18100
13100000.40Pi =
−
−
= kg de produto úmido. 
 
c) A quantidade de água removida durante a secagem será Pi – Pf ou 2.439 kg 
de água. 
d) O consumo específico de energia (CEE) é dado por 
 
 consumo de combustível x poder calorífico 
 água evaporada eq. 2 CEE = 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 205
 
 088.5
h.kg439.2
kg.kJ240.43h.kg287CEE 1
11
==
−
−−
 kJ.kg-1 
Como nem toda energia entregue ao ar de secagem é utilizada na remoção da 
água dos grãos, parte do calor é então perdida na forma de calor sensível no ar de 
exaustão, no aquecimento dos grãos, por condução, irradiação e convecção no corpo do 
secador para o ambiente. A quantificação do consumo específico de energia e da 
eficiência de um secador é importante para a avaliação do manejo e desempenho deste 
equipamento. Se no exemplo anterior o conjunto secador/fornalha fosse 100% eficiente, 
o consumo de combustível por hora seria menor e a quantidade de energia gasta para a 
evaporação de um quilograma de água seria de um valor inferior a 5.088 kJ/kg. 
Considerando a energia necessária à evaporação da água na faixa de 18 para 13% b.u. 
como 2.500 kJ/kg, conclui-se que aproximadamente 50% da energia produzida pelo 
combustível não é aproveitada para a evaporação da água nos grãos. Para determinar as 
perdas e a eficiência de um secador, é necessário conhecer como se distribui o consumo 
de energia no sistema (ar, secador e grãos). A Tabela 1 ilustra a distribuição de consumo 
de energia em um secador de fluxo cruzado. 
Pela tabela tiram-se algumas diretrizes que podem ser utilizadas para reduzir 
o consumo específico de energia: 
a) Quando possível, utilizar fornalhas com aquecimento direto em lugar das que 
possuem trocador de calor ou de aquecimento indireto. 
b) Reciclar parte do ar de exaustão quando este estiver abaixo da umidade 
relativa de equilíbrio recomendada. 
c) Utilizar o calor sensível dos grãos quentes (por exemplo, na seca-aeração ou 
na secagem intermitente com períodos de repouso). 
d) Isolar, de forma econômica, os pontos de dissipação de calor pela fornalha, 
pelos dutos e pelo secador. 
 
TABELA 1 – Distribuição do consumo específico de energia em um secador de fluxo 
cruzado 
 
Consumo 
kJ/kg de água 
evaporada 
Uso da energia sob forma de calor % do 
consumo total 
754 Perdas pelo trocador e na tiragem 
dos gases 
15 
100 Perdas no secador 2 
301 Perda por aquecimento dos grãos 6 
603 Perda pelo ar de exaustão não-
saturado 
12 
754 Perda por calor sensível ar de 
exaustão saturado 
15 
2512 Energia necessária à vaporização da 
água 
50 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 206 
5024 Consumo total 100 
4.1. Eficiência do Secador 
A eficiência de um secador é a razão entre a quantidade de energia necessária à 
remoção da água do grão e a energia total utilizada pelo secador. Ao se escolher um 
secador, deve-se comparar várias marcas, levando em consideração, além da qualidade 
do equipamento e idoneidade do fabricante, a eficiência do equipamento para uma 
mesma capacidade de secagem, o tipo de produto e o teor de umidade. O exemplo a 
seguir ilustra o cálculo da eficiência de um secador. 
Exemplo: 
Em um secador de fluxo cruzado, foram secados 9.180 kg de arroz do teor de 
umidade inicial de 19,5% para 13,1% b.u. Os resultados obtidos foram: 
a) Tempo de secagem: 7,0 horas. 
b) Consumo de lenha: 415 kg. 
c) Consumo de energia elétrica: 56,6 kWh ou 203.760 kJ. 
Considerando o poder calorífico da lenha de 8.958 kJ.kg-1 e o calor latente de 
vaporização de 2.500 kJ.kg-1 de água, determine a eficiência do secador. 
Solução 
a) Perda de peso devido à redução do teor de umidade (PQ): 
 
 100
100
x
U
UU
PQ
f
fi
−
−
= eq. 3 
 
36,7100
1,13100
1,135,19
=
−
−
= xPQ % ou 676 kg 
b) Consumo específico de energia: 
 
 203.760 kJ + 415 kg x 8.958 kJ.kg-1 
 676 kg de água 
 
 CEE = 5.800 kJ.kg-1 
c) Eficiência do secador: 
 
 676 kg de água x 2.500 kJ.kg-1 de água_ x 100 
 203.760kJ+ (415kg x 8.958kJ.kg-1) 
η = 43 % 
 
O rendimento e a potência requerida por um secador constituem parâmetros 
relevantes na análise do consumo de energia. A razão entre a potência elétrica total 
(ventiladores, transportadores, etc.) e a capacidade nominal expressa em t.h-1 representa 
a energia consumida por tonelada de produto (cv.h/t.). Estes parâmetros são de grande 
importância quando se deseja comparar diferentes tipos de secadores. 
Em alguns casos, quando não se conhece o consumo de combustível ou o 
consumo específico de energia, pode-se estimar a eficiência do secador por meio das 
CEE = 
η =
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 207
temperaturas do ar de secagem, do ar de exaustão e do ar ambiente pela equação: 
 
 100x
TT
TT
(%)
aaas
aeas
−
−
=η eq. 4 
em que 
Tas – temperatura do ar de secagem; 
Tae – temperatura do ar de exaustão; e 
Taa – temperatura do ar ambiente. 
 
Obs.: como a secagem é um processo dinâmico, o rendimento calculado varia 
com o decorrer da secagem. 
Exemplo: 
Determine o rendimento de um secador em que a temperatura média do ar na 
saída da fornalha foi de 120ºC e as temperaturas médias do ar ambiente e da exaustão, 
durante a secagem, foram, respectivamente, de 20ºC e 45ºC. Aplicando a equação 
anterior, tem-se 
 100
20120
45120 x
−
−
=η 
 
η=75% 
 
5. COMBUSTÃO, COMBUSTÍVEIS E FORNALHAS 
 
5.1 Combustão 
Industrialmente, a conversão da biomassa em energia dá-se em fornalhas e 
queimadores. Dependendo da conveniência quanto à utilização, o calor gerado pela 
combustão pode ser transferido para um fluido e até mesmo para um material sólido. 
O processo de combustão consiste essencialmente na reação química entre o 
hidrogênio e o carbono, presente na biomassa ou no combustível fóssil, com o oxigênio 
proveniente, em geral, do ar atmosférico. Uma combustão eficiente é aquela em que 
todos os elementos combustíveis, resultantes do processo de queima, são transformados 
totalmente em dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e calor. A combustão, ou queima 
direta, pode ser definida como o processo de oxidação de um combustível sob uma 
combinação de fatores que ocorrem simultaneamente em uma reação química 
exotérmica. Para que ocorra a reação de oxidação, os seguintes fatores devem estar 
disponíveis simultaneamente: 
- combustível (lenha, gás natural, óleo combustível, etc.); 
- comburente (oxigênio); e 
- temperaturade ignição. 
 
5.2. Combustíveis 
 Combustíveis são substâncias ricas em carbono e hidrogênio que, ao reagirem 
quimicamente na presença de oxigênio, liberam CO2, água e energia sob a forma de 
calor. Alto poder calorífico deve ser a principal característica dos combustíveis e refere-
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 208 
se à quantidade de energia liberada durante a combustão completa de uma unidade de 
massa ou de volume de um combustível. Para os combustíveis sólidos, ele é expresso, 
geralmente, em kJ.kg-1, e para os combustíveis gasosos, em kJ.m-3. Quando na 
determinação do puder calorífico considera-se o calor latente de condensação da 
umidade presente no combustível, tem-se o poder calorífico superior (PCI); quando não 
é considerado, tem-se o poder calorífico inferior (PCI) do combustível. 
Os combustíveis, de acordo com o seu estado físico, podem ser classificados em 
sólidos, líquidos e gasosos e, quanto à origem, em naturais e derivados. Os combustíveis 
naturais são utilizados nas formas em que foram obtidos, como o gás natural e a lenha. 
Os derivados, ou secundários, são os combustíveis resultantes de um processo de 
preparação, como o carvão vegetal e os derivados de petróleo. Na Tabela 2 são 
apresentadas as composições químicas básicas dos combustíveis. 
 
TABELA 2 - Composição química básica de alguns combustíveis 
 
 Combustíveis 
Elementos 
(%) 
Diesel Carvão 
vegetal 
Lenha seca Casca de 
Arroz 
Sabugo 
de Milho 
Carbono 86,0 74,5 50,2 41,0 46,6 
Hidrogênio 13,1 3,0 6,3 4,3 5,9 
Oxigênio - 17,0 43,1 35,9 45,5 
Enxofre 0,9 0,5 - - - 
Nitrogênio - 1,0 0,06 0,4 0,5 
Cinza - 4,0 0,38 18,3 1,4 
 
As substâncias comburentes são definidas como todas aquelas capazes de 
fornecer o oxigênio necessário à reação de oxidação do combustível, e, de maneira geral o 
oxigênio é proveniente do ar atmosférico (veja capítulo 3 – Princípios Básicos de 
Psicrometria). 
A temperatura de ignição corresponde à temperatura que a mistura combustível e 
comburente deve atingir para iniciar o processo de combustão e está relacionada com a 
pressão na qual a reação irá ocorrer, bem como com o tipo de combustível. Na Tabela 3 
são apresentadas as temperaturas de ignição para alguns combustíveis. 
Além da temperatura de ignição, a reação de oxidação é função da turbulência do 
comburente e do tempo disponível para a combustão (tecnicamente chamado de três Ts: 
temperatura, turbulência e tempo). A disponibilidade desses elementos fundamentais 
está relacionada com a ocorrência da combustão da seguinte forma: 
 
a) Disponibilidade de combustível e oxigênio: o combustível deve ser dosado 
de forma correta, contemplando um excesso de oxigênio para a ocorrência completa da 
combustão, sendo recomendado, para os combustíveis sólidos, líquidos e gasosos, 
respectivamente, os seguintes índices de excesso de oxigênio: 30 a 60%; 10 a 30%; e 5 a 
20%. 
b) Contato do combustível com o oxigênio: o combustível e a fonte do 
comburente, durante o processo de combustão, devem ter maior contato, para facilitar as 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 209
reações químicas de oxidação, sendo isso facilitado com a pulverização, desintegração 
e/ou aumentando a turbulência do comburente no interior da câmara de combustão. 
c) Disponibilidade de tempo e espaço: para uma perfeita e completa 
combustão, o processo deve dispor de espaço físico e tempo suficiente para a realização 
das reações químicas. 
d) Ocorrência da temperatura de ignição: a mistura combustível e a 
substância comburente devem ser aquecidas até atingirem a temperatura de ignição do 
combustível. 
 
TABELA 3 - Temperatura de ignição de alguns combustíveis 
 
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 
 
5.3. Transformações Químicas Relacionadas com a Combustão 
Basicamente, o processo de combustão está relacionado à oxidação dos 
elementos químicos carbono, hidrogênio e enxofre presentes no combustível, com os 
dois primeiros elementos contribuindo em maior proporção na liberação de energia 
aproveitável. A combustão é dita completa quando, dentre os gases resultantes das 
reações químicas da combustão, não mais existirem compostos oxidáveis. Neste caso, o 
processo de combustão resulta em gás carbônico, água e calor. Caso contrário, a 
combustão é dita incompleta e resultará em gases ricos em monóxido de carbono. 
Na Tabela 4 são apresentadas as principais reações químicas envolvidas no 
processo de oxidação do combustível, bem como a energia envolvida nas reações. 
 
TABELA 4 - Reações químicas básicas que ocorrem durante a combustão 
 
Combustível Reação 
Química 
Energia 
Combustão completa do 
carbono 
C + O2 → CO2 8.100 kcal.kg-1 de C oxidado 
Combustão incompleta 
do carbono 
C + ½ O2 → CO 2.436 kcal.kg-1 de C oxidado 
Combustão do 
hidrogênio 
H2 + ½ O2 → H2O 33.900 kcal.kg-1 de H oxidado 
Combustão do enxofre S + O2 → SO2 2.210 kcal.kg-1 de S oxidado 
 
5.4. Ar Necessário à Combustão 
Para o dimensionamento de equipamentos utilizados na queima ou oxidação do 
combustível, para o controle da combustão e para o dimensionamento de equipamentos 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 210 
que utilizarão o calor gerado, torna-se necessário o conhecimento da taxa de 
alimentação do ar de combustão e das características dos gases gerados (composição, 
volume, temperatura, etc.). 
Como já mencionado, a combustão é sempre resultante de reações com o 
oxigênio, e para queimar 1,0 kg de combustível é necessária uma determinada 
quantidade oxigênio. De acordo com as equações de reação da combustão, a quantidade 
mínima de oxigênio, teoricamente, necessária para a combustão completa de 
determinado combustível é dada por 
 ggggG
22 OSHCminO
8
12
32
−++= eq. 5 
 (kg de oxigênio/kg de combustível) 
em que 
 g - massa do elemento no combustível, kg. 
 
O oxigênio entra na composição do ar atmosférico na combustão numa 
proporção de 23%. Portanto, o peso mínimo de ar atmosférico teoricamente necessário à 
combustão será 
 


−++== ggggGG
22 OSHC
minO
minAR 83
8
23
100
23,0
 eq. 6 
(kg de ar/kg de combustível) 
 
A quantidade de ar atmosférico mínima necessária à combustão completa de um 
combustível recebe o nome de “poder comburívoro” de um combustível. 
Como o nitrogênio não intervém nas reações, e sendo o ar atmosférico rico em 
oxigênio, o ar é o comburente mais usado, dada a sua disponibilidade a baixo custo. Para 
calcular o volume de ar atmosférico teoricamente necessário para que as reações de 
oxidações (Tabela 4) se processem produzindo queima completa do combustível, deve-
se conhecer os pesos moleculares dos elementos e dos gases (Tabela 5). 
 
TABELA 5 - Composição química do ar atmosférico seco 
 
Substância Fórmula Molecular Massa Molecular 
(kg/ kmol) 
Volume ( % ) 
Nitrogênio N2 28,02 78,08 
Oxigênio O2 32,00 20,94 
Argônio Ar 39,94 0,93 
Dióxido de carbono CO2 44,01 0,03 
Neônio Ne 20,18 0,001 
Outros (He,CH4, SO2, H2) - 0,001 
 
A quantidade de oxigênio mínima em volume para a combustão completa de um 
combustível é dada por 
 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamentode Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 211
 4,22x
32412
gggg
V 22 OSHCminO 







−
++= eq. 7 
 (m3 de oxigênio/kg de combustível) 
 
Como a proporção em volume do oxigênio no ar atmosférico é de 21%, resulta 
em 
 4,22
3241221
100
21,0
ggggVV 22 OsHCminOminAR 







−
++== eq. 8 
 (m3 de ar/kg de combustível) 
ou seja, 
 
 


−++== ggggGV
22 OSHC
minAR
minAR 83
8
7,29
100
293,1
 eq. 9 
 (m3 de ar/kg de combustível) 
 
O exemplo a seguir ilustra a utilização da fórmula anterior no cálculo da 
quantidade teórica de ar necessária ao processo de combustão. 
Exemplo: 
Determine a quantidade de ar teórica necessária à combustão completa de 1 kg 
de lenha de seca, com base na composição química apresentada na Tabela 2. 
Solução: 



−++= 431,00063,0x8502,0
3
8
7,29
100V minAR 
V minAR = 4,75 m3 de ar/kg de combustível 
 
Estas equações se referem a um consumo de ar atmosférico teórico 
correspondendo a uma combustão ideal, na qual todas as partículas de combustível e 
oxigênio são aproveitadas. Tecnicamente, é impossível assegurar uma combustão 
completa apenas com o suprimento de ar estequiométrico. A granulometria do 
combustível ou seu estado de divisão, o sistema de injeção de ar atmosférico, o tempo 
de contato ar/combustível e o próprio equipamento de combustão intervêm no processo 
de queima, obrigando a introdução de um excesso de ar atmosférico. 
Uma vazão insuficiente de ar provocará combustão incompleta, com o 
aparecimento de monóxido de carbono (CO) e até mesmo fuligem nos produtos da 
combustão, reduzindo a eficiência da queima do combustível. Por outro lado, um 
excesso de ar muito elevado é igualmente indesejável, porque resfria a fornalha e arrasta 
para fora a energia térmica útil. 
Devido ao curto espaço de tempo em que o combustível e o ar comburente 
permanecem juntos, é necessário um excesso e íntimo contato de ar para que a 
combustão seja completa. Em outras palavras, o excesso de ar atmosférico (λ) na 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 212 
combustão significa fornecer mais comburente do que o necessário, teoricamente, para 
que as reações de oxidação sejam completas. O excesso de ar é calculado a partir da 
composição química do combustível e se dá em função de uma série de fatores, como: 
tipo de combustível, método de queima, temperatura a ser atingida na fornalha, etc. 
Combustíveis sólidos como a lenha são os que mais exigem excesso de ar, ou 
seja, entre 30 a 60% do valor do ar teórico. A quantidade de ar atmosférico necessária 
para a combustão completa do combustível, considerando o excesso de ar, pode ser 
calculada por 
a) em kg de ar / kg de combustível: 
 
 GG ARAR minλ= eq. 10 
 
b) em m3 de ar / kg de combustível 
 
 VV ARAR minλ= eq. 11 
 
A Tabela 6 apresenta os valores de referência recomendados para o excesso 
de ar (λ). 
 
TABELA 6 - Valores de referência recomendados para excesso de ar para diferentes 
combustíveis 
 
Combustível 
 
Dispositivo de Queima 
 
Excesso de Ar 
(λ ) 
Grelhas rotativas com ar forçado 1,15 a 1,50 Carvão britado 
Grelhas planas com ar natural 1,50 a 1,65 
Carvão moído Ciclone 1,10 a 1,20 
Carvão pulverizado Fornalha inteiramente irradiada 1,15 a 1,20 
Queimador óleo de baixa pressão de ar 1,30 a 1,40 
Queimador de pulverização mecânica 1,20 a 1,25 
Óleo combustível 
Queimador de pulverização mecânica 
com vapor auxiliar 
1,05 a 1,15 
Grelha plana com ar natural 1,40 a 1,50 Lenha 
Grelha plana com ar forçado 1,30 a 1,35 
Grelha inclinada 1,40 a 1,50 Bagaço de cana 
Fornalha celular 1,25 a 1,30 
Gás de refinaria Queimador com registro 1,05 a 1,10 
 
5.5. Fornalhas 
Fornalhas são dispositivos projetados para assegurar a queima completa do 
combustível, de modo eficiente e contínuo, em condições que permitam o 
aproveitamento da energia térmica liberada da combustão, obtendo-se maior rendimento 
térmico possível. O projeto de uma fornalha é baseado nos 3 Ts da combustão: 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 213
temperatura, turbulência e tempo. O tamanho e a forma da fornalha dependem do tipo 
de combustível, do dispositivo usado para queimá-lo e da quantidade de energia a ser 
liberada num intervalo de tempo. Para que ocorra a combustão completa do 
combustível, deve-se buscar uma mistura ar-combustível homogênea, na dosagem ideal 
e no tempo correto. Com isso, obtém-se um aquecimento do combustível até a sua 
ignição auto-sustentável. 
As fornalhas podem ser classificadas, quanto à natureza dos combustíveis, em: 
- fornalhas para combustíveis sólidos (lenha, carvão vegetal, sabugo de 
milho, etc.); 
- fornalhas para combustíveis sólidos pulverizados (carvão em pó, casca de 
arroz, de café, etc.); 
- fornalhas para combustíveis líquidos (óleo diesel, óleo BPF, etc.); e 
- fornalhas para combustíveis gasosos (gás natural, gás GLP, etc.). 
 
Clique para ver: vídeo 1 
 
5.5.1. Fornalhas para combustíveis sólidos 
Há dois grupos principais de fornalhas para queima de combustíveis sólidos: o de 
fornalha de grelha e o de fornalha para combustível pulverizado ou fragmentado. Na 
maioria destas fornalhas existe um ventilador que insufla ou succiona o ar atmosférico, o 
qual fornece o oxigênio necessário à combustão do combustível. As fornalhas com grelha, 
além de necessitarem de maior espaço, são normalmente pesadas, caras e com potências 
crescentes de ventilador. 
Em razão dos diferentes parâmetros envolvidos no processo de combustão, há 
várias maneiras de construir fornalhas, variando segundo o tipo de combustível utilizado, 
as propriedades do combustível, a forma de aproveitamento do calor gerado na combustão, 
etc. As propriedades dos combustíveis que influenciam o processo de combustão são: 
a) Granulometria do combustível: a superfície específica do combustível (m2/kg) 
é variável conforme o tamanho das partículas e determinará a potência da 
combustão. 
b) Conteúdo de água: retarda o processo de combustão, pois parte da energia 
fornecida para que o processo seja auto-sustentável é utilizada para evaporar a 
água presente no combustível. 
c) Conteúdo de componentes voláteis: quanto mais elevado o teor de gases 
voláteis oxidáveis, mais rápido será o processo de combustão e mais uniforme a 
chama se apresentará. 
d) Conteúdo de cinzas: um teor elevado de cinzas presente no combustível 
contribuirá para atraso no processo de combustão e necessidade freqüente de 
limpeza do cinzeiro. 
As fornalhas destinadas à queima de combustíveis sólidos não-pulverizados, 
como a lenha (Figura 3), possuem os seguintes componentes: 
a) Câmara de combustão: espaço destinado ao processo de combustão 
propriamente dito, onde todos os compostos combustíveis devem ser oxidados, 
liberando energia térmica. O importante, em qualquer fornalha, é o 
dimensionamento correto da câmara de combustão, da área das grelhas e da 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 214 
abertura do ar primário, para se obter suficiente quantidade de oxigênio, bem 
como possibilitaruma mistura comburente-combustível eficiente com o máximo 
de aproveitamento do combustível e o mínimo de fumaça. 
b) Grelha: estrutura que mantém o combustível sólido suspenso durante o 
processo de combustão, enquanto o ar comburente circula por sua superfície. 
c) Cinzeiro: reservatório localizado abaixo da grelha, destinado a armazenar os 
restos da combustão ou cinzas. 
d) Entradas de ar: entradas reguláveis localizadas em pontos estratégicos no 
corpo da fornalha; são responsáveis pela passagem do ar comburente para o 
interior da fornalha e devem ser localizadas de tal forma que facilite a mistura 
comburente-combustível. 
e) Saídas dos gases: aberturas destinadas à saída dos gases resultantes da 
combustão do combustível e de parte do excesso de ar comburente que devem 
ser utilizados em diversas finalidades como fonte de energia térmica. 
 
Quando se utiliza a lenha na forma de tora com grande diâmetro em uma 
fornalha, há necessidade de maior quantidade de ar. Assim, para facilitar a combustão, a 
lenha deve ter o seu tamanho reduzido. Como foi dito, a eficiência de combustão 
aumenta com o aumento da área superficial do combustível e com o contato oxigênio-
combustível. As fornalhas de grelha destinadas à queima de lenha podem ser ainda 
classificadas, de acordo com o aproveitamento dos gases da combustão, em: fornalhas 
com aquecimento direto e fornalhas com trocador de calor ou de aquecimento indireto. 
 
Figura 3 – Esquema básico de uma fornalha e seus componentes. 
 
5.5.1.1. Fornalha com aquecimento direto 
Nas fornalhas com sistema de aquecimento direto, a energia térmica proveniente 
dos gases resultantes da combustão é utilizada diretamente, como por exemplo, para 
secagem de produtos agrícolas. A mistura de parte do gás comburente com os gases 
resultantes da combustão pode se tornar indesejável nos casos em que o processo de 
combustão é incompleto, gerando compostos contaminantes, como o monóxido de 
carbono e a fumaça. Com o aproveitamento direto da energia térmica dos gases da 
combustão, as fornalhas de fogo direto, quando sob combustão completa, apresentam 
maior rendimento. Entretanto, nestas fornalhas precisa ser acoplado um decantador 
tangencial ou ciclone, onde as partículas incandescentes, formadas principalmente de 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 215
carbono, entram em movimento espiral e são separadas do fluxo gasoso pela ação da 
força centrífuga. 
As fornalhas de fogo direto podem ser classificadas, de acordo com o fluxo de 
gases provenientes da combustão, em fornalhas de fluxo ascendente e fornalha de fluxo 
descendente. No primeiro caso, a substância comburente entra na parte inferior da 
câmara de combustão, atravessa a grelha, entrando em contato com o combustível, e se 
mistura aos gases voláteis. Este movimento dos gases no interior da fornalha é na forma 
ascendente. No segundo caso, a substância comburente entra na parte superior da 
fornalha, entra em contato com o combustível, atravessa a grelha e, misturando-se com 
os gases voláteis, forma um fluxo descendente no interior da fornalha. Neste caso, a 
chama resultante da oxidação dos gases voláteis é formada sob a grelha. 
A câmara de combustão nas fornalhas de aquecimento direto confunde-se com a 
própria fornalha e pode ser dividida em três partes distintas. A primeira destina-se à 
carga, à ignição do combustível e à entrada do ar comburente. A segunda parte 
compreende o espaço onde se desenvolve a chama e onde se completa a combustão dos 
compostos voláteis. Finalmente, a terceira parte da fornalha tem a função de interligar a 
fornalha ao ciclone e de aumentar o tempo de permanência dos gases na fornalha. 
 
Clique para ver: vídeo 1 
 
5.5.1.2. Fornalha com aquecimento indireto 
Nas fornalhas com sistema de aquecimento indireto, a energia térmica dos gases 
provenientes da combustão é encaminhada a um trocador de calor, que tem a finalidade 
de aquecer uma segunda substância, como por exemplo, uma caldeira geradora de 
vapor. Neste tipo de sistema, há perda de energia térmica pela chaminé e para o sistema, 
resultando em uma menor eficiência quando comparado à fornalha de fogo direto. 
As fornalhas com aquecimento indireto destinam-se a produtos agrícolas que 
requerem temperatura controlada e não muito alta durante a secagem, como na secagem 
de sementes. Um tipo bastante interessante possui um trocador de calor do tipo tubo–
carcaça, câmara de combustão e caldeira. O ar frio, ao entrar pelos tubos do trocador de 
calor, é aquecido pelo fluido circulante na carcaça do trocador de calor, até uma 
temperatura máxima determinada pelo equilíbrio com a temperatura de ebulição do 
fluido circulante. Além da grande durabilidade, a fornalha em questão apresenta como 
vantagem a não-contaminação do ar de secagem, mesmo quando a combustão é 
incompleta. Produtos que absorvem gosto de fumaça durante a secagem, como cacau e 
café, não são afetados. A Figura 4 mostra o esquema básico da fornalha com 
aquecimento indireto projetada e construída na UFV. 
 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 216 
 
Figura 4 – Detalhes de uma fornalha de aquecimento indireto com autocontrole de 
temperatura máxima. 
5.5.2 Lenha como combustível 
A lenha foi o primeiro combustível utilizado pelo homem, sendo ainda de 
subsistência para grande parte da humanidade. Trata-se de um combustível barato, de 
fácil combustão, baixo teor de cinzas e que não exige mão-de-obra qualificada para sua 
exploração. Seu baixo teor de enxofre a torna propícia à utilização na secagem de 
alimentos. O desmatamento indiscriminado tem comprometido o uso deste recurso 
natural como fonte de energia mas, o reflorestamento, com fins energéticos, pode 
garantir o fornecimento deste combustível sem comprometer o meio ambiente. 
A lenha ocupa grande espaço ao ser armazenada e requer mão-de-obra para sua 
utilização e controle da queima em fornalhas. Sua massa específica varia de 250 a 450 
kg.m-3, dependendo da espécie. Quanto menor seu teor de umidade, melhor a combustão 
e maior o seu poder calorífico (Tabela 7). A Tabela 8 mostra o poder calorífico inferior 
de algumas espécies de madeira. 
 
TABELA 7 – Poder calorífico inferior* da lenha em função do teor de umidade 
 
Teor de umidade%b.u. Poder calorífico inferior (kJ/kg) 
0 19.880 
10 17.644 
20 15.412 
30 13.180 
40 10.947 
50 8.715 
60 6.483 
* Não se distinguiu a espécie 
 
TABELA 8 – Poder calorífico inferior de algumas espécies de madeira 
 
Espécie PCI (kJ/kg) 
Eucalipto 19.228 
Pinho 20.482 
Cedro 18.066 
Cipestre 21.443 
Carvalho 19.500 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 217
5.5.3. Carvão vegetal 
O carvão vegetal é obtido artificialmente em fornos através da carbonização da 
lenha, com uma eficiência de conversão de 50 a 55%. O carvão vegetal e a lenha são os 
melhores combustíveis para uso na secagem de produtos agrícolas no Brasil. Com o 
desenvolvimento e difusão de novas tecnologias para uso do carvão vegetal em 
fornalhas (Figura 5), seu uso vem aumentado paulatinamente para na secagem de 
produtos agrícolas, a exemplo da lenha. O poder calorífico do carvão vegetal está 
associado à temperatura de carbonização. A 400°C o poder calorífico inferior é de 
7.416,9 kcal/kg. A densidade a granel varia em função da madeira que lhe deu origem, 
sendo um valor médio de 220 kg.m-3. A compactação de finos de carvão, por meio da 
utilização de ligantes, permite a obtenção de briquetes de elevado poder calorífico, que, 
quando usados em fornalhasdo tipo apresentado na Figura 5, conferem a estas, elevada 
autonomia e combustão com um mínimo de cinzas. 
 
 
 
Figura 5 - Fornalha a carvão vegetal com aquecimento direto. 
 
Clique para ver: vídeo 1 vídeo 2 
 
5.5.4. Resíduos agrícolas fragmentados 
 O Brasil, devido a sua grande área territorial, apresenta grande potencial 
de recursos naturais que podem gerar energia para minimizar o suprimento de energia 
convencional. Apesar dos estudos sobre energias como eólica, solar e hidráulica, o 
melhoramento e desenvolvimento de processos eficientes para uso de resíduos 
industriais são altamente necessários, principalmente devido ao grande crescimento das 
atividades agrícolas nas últimas décadas. 
A disponibilidade de resíduos provenientes da industria madeireira, carvoaria, e 
do beneficiamento de produtos agrícolas como o café (palha pergaminho) e arroz são 
muito grandes. Do total de resíduos gerados pelas atividades agrícolas e industriais, 
aproximadamente 65% vem da industria madeireira (excluindo o uso direto da lenha 
para finalidades de aquecimento). Somente na industria madeireira, a produção de 
serragem pode alcançar 16% do total do volume da madeira original (Dutra e 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 218 
Nascimento 2006). No ano 2000, o Brasil produziu, segundo (IBPQ, 2002), 26 milhões 
de metros cúbicos de madeira serrada. 
Da produção do café, aproximadamente 21% são transformados em resíduos 
sólidos, ou seja, casca de café (casca integral e pergaminho puro), que possuem poder 
calorífico próximo dos 17.500 kJ kg-1. 
Na indústria de café solúvel, para cada tonelada do produto final produzido, são 
geradas 4,5 ton de borra, com teor de água de 80% b.u. que, após a secagem a 25% b.u., 
apresenta poder calorífico de 17.000 kJ kg-1. Este montante poderia suprir entre 60 e 
80% a demanda de combustível da empresa de café solúvel que lhe deu origem 
(CEPEL, 2000). 
Apesar da grande quantidade de resíduos gerados no meio agrícola e 
agroindustrial, apenas uma pequena porcentagem é aproveitada em razão do 
desconhecimento do potencial energético e pela falta de equipamentos apropriados para 
sua utilização. Werther et al. (2000) destacam inúmeros outros problemas que afetam a 
utilização destes resíduos como fonte energética. Dentre os maiores problemas estão a 
dificuldade de transporte, os altos custos de investimentos em unidades geradoras, a 
disponibilidade de outros combustíveis a preço competitivo e a alta demanda de mão-
de-obra. 
Todos os problemas citados podem inviabilizar o aproveitamento dos resíduos 
tanto em pequenas como em grandes unidades geradoras. No caso particular da palha do 
café, o seu uso para a recomposição da fertilidade do solo é, econômica e 
ambientalmente mais importante do que o uso como fonte energética. 
 Outros pontos importantes que influenciam no projeto de equipamentos para 
alimentação e combustão dos resíduos são: a baixa densidade, a alta umidade, o teor de 
voláteis e o baixo ponto de fusão das cinzas, que dificultam o desenvolvimento de 
equipamentos eficientes. 
Diante das dificuldades mencionadas, o aproveitamento de resíduos para o 
suprimento de energia térmica em atividades agrícolas e, ou, agroindústrias que deram 
origem ao resíduo ou que, pelo menos, estejam próximas a pontos fornecedores, pode 
ser considerado uma boa opção, desde que o investimento em equipamentos, eficientes, 
atenda às condições econômicas e ambientais. 
A combustão direta da biomassa é a forma mais antiga de produzir aquecimento e 
vem sendo usada desde os primórdios da civilização como principal fonte energética. 
Ainda hoje, 97% da produção da bioenergia produzida no mundo, tem origem na 
combustão direta da biomassa. Apesar de que a pirólise e a gaseificação têm sido, 
intensamente, pesquisadas, elas não são, certamente, as opções mais importantes no 
presente (Demirbas, 2003). 
Comumente, as fornalhas destinadas à queima de combustíveis sólidos 
particulados, devem possuir, além dos componentes essenciais a todas as fornalhas, 
depósito de combustível e sistema de alimentação e distribuição. 
A queima em suspensão é a forma mais comum quando se trata de biomassa 
particulada. Porém, para este sistema é necessário que a biomassa tenha dimensões 
reduzidas (< 2 mm) e baixo teor de água inferior a 15% b.u. e, para cascas, em geral, o 
diâmetro de até seis milímetros é suficiente para uma boa queima. 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 219
Segundo Lora e Happ (1997) a queima em suspensão total visa grandes unidades 
de produção. Apresentam custos elevados e são inviáveis em pequenas unidades em 
razão da tecnologia empregada pelos sistemas de alimentação de ar e de combustível. 
Além disso, há a necessidade de transformação da biomassa em fragmentos de pequenas 
dimensões. Assim, a queima em suspensão em pequenas unidades, para o 
aproveitamento de resíduos agrícolas e agroindustriais, deve ser realizada por meio de 
equipamentos de alimentação e distribuição mais simples e que permitam trabalhar com 
biomassa na forma como ela é disponibilizada, ou seja, dimensões de partículas e teores 
de água acima dos recomendados. Para isso, as fornalhas devem possibilitar a queima 
em semi-suspensão, contendo, em sua estrutura, a grelha, pois apenas parte do material 
será queimado em suspensão e as partículas mais pesadas irão completar sua queima 
sobre a grelha. 
A função da grelha, além da sustentação do combustível com dimensões acima do 
ideal para queima em suspensão, tem, também, a função de manter uma chama piloto 
sobre ela, para iniciar e dar continuidade ao processo de queima, mantendo a 
temperatura necessária para a queima dos combustíveis sólidos fragmentados. Para tal 
função, a lenha é o material mais indicado no meio rural devido a sua disponibilidade e 
facilidade de aquisição ao longo do ano. 
No caso do uso de resíduos agrícolas como fonte energética, deve-se levar em 
consideração que sua produção pode não ser constante e suficiente para atender a 
determinada demanda. Desta forma, é preferível o emprego de resíduos para 
complementação ou substituição parcial dos combustíveis convencionais. Desta forma, 
os projetos de fornalhas devem ser pensados com a possibilidade para queimar biomassa 
com diferentes configurações. 
 Levando em considerações as vantagens e dificuldades, o uso de resíduos 
agrícolas ou industriais como fonte de energia térmica pode ser considerada uma boa 
opção, se uma fornalha confiável e a baixo custo estiver disponível. Assim, o leitor 
encontrará nas páginas seguinte, dois tipos de fornalhas especialmente desenhadas para 
atender situações onde a disponibilidade de combustíveis sólidos e fragmentados for 
suficiente para atender a finalidade de aquecimento de ar em determinada atividade no 
meio rural ou em pequenas indústrias. 
 
5.5.5. Fornalhas para resíduos 
Para disponibilizar alternativa tecnológica ao uso de resíduos agrícolas para 
aquecimento do ar, foram projetadas, construídas e avaliadas, nos laboratórios do 
Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, dois 
modelos de fornalhas que deram origem aos trabalhos de Pós-graduação de Magalhães 
(2007) e de Melo (2003). Apesar de as fornalhas apresentarem características 
semelhantes e apropriadas para o aquecimento de ar, elas queimam resíduos como 
serragem de madeira, pergaminho do café, moinha de carvão ou qualquer outra 
biomassa fragmentada. As fornalhas, aqui apresentadas podem ser operadas com a 
queima de lenha em associada à biomassa fragmentada ou apenas com a lenha. 
 Os protótipos testados foramdimensionados para elevar a temperatura de 80 m³ 
min-1 de ar ambiente em, aproximadamente, 30 ºC. Essa capacidade foi escolhida por 
ser suficiente para o fornecimento de ar quente para os secadores mais comuns 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 220 
encontrado na cafeicultura (7.000 a 15.000 litros de café), principalmente, para os 
terreiros secadores (SILVA et al.2003). 
 As principais diferenças entre as fornalhas estão na forma da grelha, tipo de 
alimentação e na troca de calor. A fornalha (F1) estudada por MAGALHÃES (2007) 
apresenta a alimentação da biomassa fragmentada por meio de transportador 
pneumático e troca de calor por fluxos contracorrentes (Figura 6). Já para a fornalha 
(F2), estudada por MELO (2003), o sistema de alimentação da biomassa é realizada por 
um transportador helicoidal e troca de calor em fluxos cruzados (Figura 7). As 
características principais das fornalhas são apresentadas a seguir: 
 
• Base: é a mesma para ambas fornalhas. Construída com tijolos cerâmicos, 
apresenta formato cilíndrico. Possui uma abertura (0,30 m x 0,15 m) para 
entrada do ar primário que serve, também, com acesso ao cinzeiro; 
• Grelhas: podem ser construídas em tubos de aço carbono 25,4 mm de diâmetro e 
2,5 mm de espessura, espaçados em 10 mm. Podem também, ser em ferro 
fundido, como encontrada comercialmente em firmas especializadas; 
• Câmara de combustão: cuja superfície externa é usada como trocador de calor 
em ambas as fornalhas, é construída em chapa de aço carbono (3 mm). O 
volume da câmara, com 0,70 m de diâmetro, foi dimensionado para uma carga 
térmica volumétrica de 200 kJ s-1 m-³. A área externa do trocador de calor foi 
dimensionada de acordo com a metodologia sugerida por Incropera e DeWitt 
(1996). No interior da câmara de combustão (Figura 6) é possível visualizar o 
sistema de separação e distribuição das partículas de biomassa quando usado 
sistema de alimentação pneumático; e 
• O sistema de alimentação para trabalhar com biomassa como a serragem ou 
munha de carvão, pode ser do tipo pneumático ou helicoidal. As Figuras 8a e 8b 
ilustram os sistemas de alimentação com pneumático e com helicóide, usados 
para a fornalha F1 e F2, respectivamente. Afigura 8a mostra, também, o ciclone 
terminal, cuja função é a de distribuir, uniformemente, o combustível. A 
vantagem de usar sistema pneumático é a possibilidade de se construir a fornalha 
a qualquer distância do depósito de combustível. Esse fato é importante para os 
locais onde a higiene é indispensável e, principalmente, para reduzir a 
possibilidade de acidentes. Para o alimentador helicoidal (figura 8b), é 
recomendável o uso de um sistema de degraus inclinados (grelha inclinada) 
sobre a grelha plana, conforme apresentado na Figura 7. O uso do alimentador 
helicoidal ou por rosca transportadora, não restringe a distância entre o depósito 
e a fornalha, porém o custo eleva-se consideravelmente com o aumento da 
distância. 
Maiores detalhes sobre a construção e funcionamentos das fornalhas, acima descritas 
podem ser encontrados em (MAGALHÃES et al. 2008). 
 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 221
 
 
Figura 6. Vista interna da fornalha com sistema de alimentação pneumático. 
Componentes: 
(1) moega para o combustível; (2) alimentador pneumático; (3) duto de alimentação; (4) 
base da fornalha; (5) cinzeiro e entrada do ar primário; (6) porta de alimentação da 
lenha; (7)/(8) câmara de combustão/trocador de calor; (9) ciclone; (10) entrada do ar 
ambiente; (11) saída do ar de exaustão (aquecimento direto); (12) chaminé 
 
 
 
Figura 7. Vista interna da fornalha com sistema de alimentação por helicóide. 
 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 222 
 
 (a) (b) 
Figura 8. (a) Sistema de alimentação pneumático e (b) por rosca transportadora. 
 
Componentes: 
(1) abertura do cinzeiro; (2) grelha plana; (3) degraus inclinados; (4) saída do helicóide; (5) câmara de 
combustão; (6) saída do ar aquecido; (7) saída dos gases de combustão (aquecimento direto do ar); (8) 
saída dos gases de combustão (aquecimento indireto do ar) e (9) parede de alvenaria. 
 
Clique para ver: vídeo 1 
 
6. ADAPTAÇÃO DE FORNALHAS 
 
 Desde 1974, por ocasião da primeira crise de petróleo, tem havido crescente 
interesse na possibilidade do uso de fontes alternativas de energia para suprir fontes 
convencionais (principalmente os derivados de petróleo) na secagem de produtos 
agrícolas. É sabido que a secagem é a operação que mais consome energia no processo 
de produção. O consumo pode atingir 50% do total, como é o caso do milho colhido 
com teor de umidade entre 24 e 28% b.u. Apesar de ainda não ter sido feito um 
levantamento do consumo energético mais detalhado para a produção de café, que é 
colhido com teor de umidade de aproximadamente 60% b.u., estima-se que o consumo 
energético na secagem, em comparação com o milho, seja superior a 60%. 
 Além da dificuldade de distribuição e dos preços elevados, não existem, no 
Brasil, condições que estimulem o consumo de derivados de petróleo para secagem de 
grãos. Apesar de estar havendo incentivo por parte de algumas distribuidoras para a 
utilização de gás GLP na secagem de grãos, o agricultor tem dúvidas quanto à 
continuidade de fornecimento e estabilização dos preços. 
 Com a dificuldade de usar combustíveis convencionais, a lenha tem sido a mais 
importante fonte de calor a ser utilizada, e, atualmente, grande parte dos secadores está 
operando com esse tipo de combustível. Entretanto, a maioria das fornalhas a lenha, em 
uso, apresenta consumo relativamente alto de energia e, em conseqüência, um 
desmatamento elevado está ocorrendo para essa finalidade. 
 
Com base nessas questões, sumariamente comentadas, foram projetados e 
testados 4 tipos de fornalhas (Figuras 5, 6, 7 e 9) para serem usados, levando-se em 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 223
consideração o custo inicial, a possibilidade de serem construídas na própria fazenda, o 
baixo consumo de resíduos, carvão e lenha e a preservação do meio ambiente. 
 
 
Figura 9 - Fornalha a lenha com fogo direto e fluxo de ar descendente. 
 
6.1. Construção das Fornalhas 
 As fornalhas propostas podem ser construídas com diferentes materiais. 
Recomenda-se, no entanto, o material mais comum ou facilmente encontrado nas 
proximidades da propriedade agrícola, pois, com este procedimento, o custo da 
construção ou adaptação ficará bastante reduzido. As fornalhas para o aquecimento do 
ar são do tipo aquecimento direto ou indireto. Em geral os gases de combustão são 
misturados com o ar ambiente e succionados pelo ventilador e injetados diretamente na 
massa de grãos (aquecimento direto). Para o aquecimento indireto, o ar é aquecido pela 
passagem por um trocador de calor. 
 Caso o secador não possua um sistema que possa succionar o ar através da 
fornalha, os projetos propostos não poderão ser executados. Neste caso, deve-se optar 
por outro tipo de fornalha. 
 A opção por aquecimento direto deve-se ao fato de não haver, neste caso, a 
necessidade de construção de chaminés nem de trocadores de calor, elementos que 
tornam as fornalhas com aquecimento indireto termicamente ineficientes e mais caras. 
 O material usado nas fornalhas apresentadas consiste basicamente de tijolos 
comuns, areiade barranco, terra e melaço de cana, cantoneiras, ferros de construção e 
um sistema de grelha refrigerada a água e, dependendo da fornalha chapas metálicas e 
tijolos refratários. Como a finalidade do atual capítulo é de informação geral, sugere-se 
ao leitor consultar (SILVA et al. 2001) ou outros materiais bibliográficos disponíveis no 
SITE (www.pos-colheita.com.br). 
Para a construção da fornalha a carvão, o material usado consiste basicamente de 
tijolos comuns, cimento, areia de barranco, terra e melaço de cana, cantoneiras, ferros de 
construção e chapas metálicas no14. Apesar de esta fornalha poder ser construída quase 
toda em alvenaria, recomenda-se que o depósito para carvão e o revestimento externo 
 Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
 Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 224 
sejam construídos em chapa metálica, como indicado pela Figura 5. 
 
7. CUIDADOS PRELIMINARES 
 
 Mesmo seguindo criteriosamente todas as recomendações contidas neste 
capítulo, na bibliografia especializada ou sugeridas pelo fabricante do secador, o bom 
resultado no processo de secagem só será alcançado se o sistema for operado 
corretamente. A manutenção diária e a limpeza geral de todos os resíduos da área de 
abrangência do secador devem ser a primeira etapa na operação, vindo em seguida a 
limpeza do secador, dos cinzeiros da fornalha e do ciclone. Tais cuidados são muito 
importantes, porque previnem acidentes, corrosão das partes metálicas e contaminação 
do produto a ser secado, entre outros, além de aumentar a eficiência de secagem, devido 
ao maior fluxo de ar. 
 
7.1. Início de Operação 
 O primeiro passo, após o carregamento adequado do secador, é acender a 
fornalha. Nessa operação, apesar de simples, deve-se ter o cuidado de usar combustível 
(lenha, carvão ou resíduos) bastante secos e de tamanho ou granulometria compatíveis 
com a fornalha escolhida. A queima de lenha úmida, embora possível para a fornalha de 
fluxos descendentes (Figura 9), produz lacrimejamento acentuado, possui baixo 
rendimento e pode contaminar o produto. Para as outras fornalhas, os combustíveis 
devem estar suficientemente secos. Para cada tipo de fornalha o operador deve ser 
convenientemente informado do sistema de funcionamento do conjunto fornalha/secador 
para que se obtenha o melhor em termos de energia e qualidade final do produto. 
 O término da operação dependerá do teor de umidade inicial do produto, da 
temperatura do ar de secagem e do tipo de secador. No caso de secadores comerciais, é 
recomendável que o operador siga todas as instruções do fabricante (temperatura do ar 
de secagem, fluxo de grãos, etc.), pois o tempo de secagem, praticamente, independe do 
tipo de fornalha. 
 
8. LITERATURA CONSULTADA 
 
1. AFONSO JUNIOR, P.C., VIEIRA, G. Gaseificação da madeira e do carvão 
vegetal. Viçosa: UFV, 1996. 16p. 
2. ANDRADE, E.B.; SASSERON, J.L. & OLIVEIRA FILHO, D. Princípios sobre 
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3. ALMEIDA, M.R., REZENDE, M.E.A. O processo de carbonização contínua da 
madeira. In: Produção e utilização do carvão vegetal. Belo Horizonte: CETEC, 
1982. 393p. 
4. BRIGE WATER, A.V. Advances in thermo chemical biomass conversion. 
London: Ed. Blackei Academie and professional, 1995. 1725p. 
5. CARIOCA, J.B. Biomassa: Fundamentos e aplicações tecnológicas. Fortaleza: 
Ministério do Interior. Universidade Federal do Ceará, 1984. 644p. 
Capítulo 8 Energia no Pré-processamento de Produtos Agrícolas 
Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas 225
6. CEPEL – Centro de Pesquisa em Energia Elétrica. Manual de Aplicação de Sistemas 
Descentralizados de Geração de Energia Elétrica para projetos de Eletrificação 
Rural – Energia Biomassa. Eletrobrás, Rio de Janeiro – RJ, 2000. 41 p 
7. COELHO, J.C. Biomassa, biocombustíveis e bioenergia. Brasília: Ministério das 
Minas e Energia, 1982. 100p. 
8. CORTEZ, L. A. B., LORA, E. S. (Coord.). Tecnologia de Conversão Energética da 
Biomassa. Manaus: EDUA/EFEI, 1997. 540p. (Série: Sistemas Energéticos, v.2) 
9. DALPASQUALE, V. A., PEREIRA, A. M., SINÍCIO, R., et al. Secado de granos a 
altas temperaturas. Chile: Oficina Regional de la FAO para América Latina y 
el Caribe, 1991. 75 p. 
10. DEMIRBAS, A. Combustion characteristics of different biomass fuels. 
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11. DINIZ, V.Y. Caldeiras a lenha. In: Gaseificação de madeira e carvão 
 vegetal. Belo Horizonte: CETEC. 1981. 
12. DIOS, C. A. Secado de granos y secadoras. Chile: Oficina Regional de la FAO 
para América Latina y el Caribe, 1996. 310 p. 
13. DUTRA, R.I.J.P.; NASCIMENTO, S.M. Resíduo de indústria madeireira. Portal do 
meio ambiente. Niterói – RJ. Disponível em: 
http://www.jornaldomeioambiente.com.br/JMA-txt_importante/importante80.asp. 
Acessado em: 23/05/2006. 
14. ELEPANÕ A.R.; SATAIRAPAN, K.T.; DAMIAN C.E. Development of a 
 Rice Hull Cyclonic Furnace for Drying Applications. World Renewable 
 Energy Conference, Brighton, UK, July 2000. 4 p. 
15. ELETROBRÁS. Manual de conservação de energia elétrica na indústria. 
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – PROCEL. s/d. 80p. 
16. FUNDAÇÃO CENTRO TECNOLÓGICO DE MINAS GERAIS. Teoria 
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para fins energéticos. Belo Horizonte: CETEC, 1980. 158p. 
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19. IBQP- Instituto Brasileiro de Qualidade e Produtividade do Paraná. Análise da 
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25. Magalhães, E.A; SILVA, J.S; SILVA, L.N;MELO, F.A.S $NOGUEIRA, R. M. 
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Universidade Federal de Viçosa. 2003. 91p. (Dissertação de mestrado em 
Engenharia Agrícola). 
28. MELO, F.A.O.; SILVA, J.N.; SILVA, J.S.; DONZELES,S.M.L. Avaliação da 
utilização da palha de café para o aquecimento indireto de ar para 
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qualidade do carvão vegetal. In: PENEDO, W. R. (Ed.). Produção e utilização 
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30. MINAS GERAIS. Conselho Estadual de Energia. Diagnóstico energético de 
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31. MULTON, J. L. Conservation et stockage des grains et graines et produits 
dérivés céréales oléagineux, protéagineux, aliments pour animaux. Paris: 
Technique & Documentation Lavoisier, 1982. 1155 p. v.2. 
32. OLIVEIRA, G.A. Desenvolvimento e teste de uma fornalha com aquecimento 
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Engenharia Agrícola). 
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vegetal. Belo Horizonte: Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, p.40-
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34. SAGLIETTI, J.R.C. Rendimento térmico de fornalha a lenha de fluxos 
cruzados. Botucatu: Universidade Estadual Paulista, 1991. 102p. (Tese de 
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35. SILVA, J.N. Fontes Alternativas de Energia; energia de biomassa e combustão. 
Viçosa: DPF-UFV/CEMIG, 1988. 53p. (Caderno Didático). 
36. SILVA, J.S., BERBERT, P. A. Colheita, secagem e armazenagem de café. 
Viçosa: Aprenda Fácil Editora, 1999. 146p. 
37. SILVA, J.S. Estudo de uma fornalha para secagem de grãos com aquecimento 
direto. Viçosa: Engenharia na Agricultura, Viçosa, v.1, n.2. 1991. 15p. 
(Caderno Didático) 
38. SILVA, J.S. Adaptação da fornalha de fogo direto na secagem de grãos. Informe 
Agropecuário. Belo Horizonte, n.99, p12-16. 1983. 
39. SILVA, J.S.; MACHADO, M.C; DONZELES, S.M.L.; SAMPAIO, C.P. Sistemas 
híbridos para secagem: solar e biomassa. Ed. JARD. Viçosa – MG. 2003. 
64p. 
40. SOUZA, Z. Elementos de máquinas térmicas. Rio de Janeiro: Editora 
Campos/EFEI, 1980. 198p. 
41. SPLIETHOFF, H.; HEIN, K. R.G. Effect of co-combustion of biomass on 
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Elsevier.1998. p. 189 – 205. 
42. SUKUP, C. E., BERN, C.J. & BUCHELE, W.F. Performance of biomass furnace of 
grain drying. ASAE: American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph 
(paper n. 82-3524) 1982. 32p. 
43. TORREIRA, R.P. Geradores de vapor. São Paulo: Editora Libris, 1995. 426p. 
44. VALARELLI, I.D. Desenvolvimento de uma fornalha à resíduos, de fogo 
indireto para secadores de produtos agrícolas. Botucatu-SP: Universidade 
Estadual Paulista. 1991. 123p. (Tese de doutorado em Ciências Agronômicas). 
45. VAN WYLEN, G.J. & SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica 
clássica. São Paulo: Edgard Blucher, 1993. 318p. 
46. VITAL, B.R., DELLA LUCIA, R.M. Propriedades físicas e mecânicas de madeira 
de eucalipto. Informe Agropecuário. Belo Horizonte, n.121, p71–74. 1980. 
47. WERTHER, J.; SAENGER, M.; HARTGE, E. U.; OGADA, T.; SIAGI, Z. 
Combustion of agricultural residues. Progress in Energy and Combustion 
Science 26. PERGAMON. 2000. p.1-27. 
 
	ENERGIA NO PRÉ-PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS
	
	
	Roberto Precci Lopes
	Juarez de Sousa e Silva
	Edney Alves Magalhães
	1. INTRODUÇÃO
	2. COLHEITA E ENERGIA
	3. RACIONALIZAÇÃO DE ENERGIA
	3.1. Recomendações Práticas
	3.2. Manutenção de Equipamentos e Iluminação
	4. CONSUMO DE ENERGIA E EFICIÊNCIA DE SECAGEM
	4.1. Eficiência do Secador
	5. COMBUSTÃO, COMBUSTÍVEIS E FORNALHAS
	5.1 Combustão
	5.2. Combustíveis
	Combustíveis
	Carvão Mineral
	5.3. Transformações Químicas Relacionadas com a Combustão
	
	
	Reação Química
	5.4. Ar Necessário à Combustão
	Substância
	
	Nitrogênio
	Carvão britado
	5.5. Fornalhas
	6. ADAPTAÇÃO DE FORNALHAS
	6.1. Construção das Fornalhas
	7. CUIDADOS PRELIMINARES
	7.1. Início de Operação
	8. LITERATURA CONSULTADA