EBF Unidade 06 Energia Secundária da Biomassa Florestal Fabricação do Carvão Vegetal

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01/08/2017
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Unidade VI
Obtenção de Energia Secundária da Biomassa Florestal
Fabricação do Carvão Vegetal
Prof. Adriano Reis Prazeres Mascarenhas
Energia de Biomassa Florestal
Fundação Universidade Federal de Rondônia
Bacharelado em Engenharia Florestal
Fontes secundárias de energia 
da biomassa florestal
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A obtenção de energia secundária da madeira pode ocorrer das seguintes 
maneiras:
• Pirólise.
• Destilação Seca.
Energia secundária da Madeira
A obtenção de energia secundária da madeira é bastante conhecida e
utilizada.
Por ser versátil produz combustíveis:
 Sólidos.
 Líquidos.
 Gasosos.
Energia secundária da Madeira
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Energia secundária da Madeira
Sólidos
Pirólise e 
Destilação Seca
Carvão
Vegetal
Líquidos
Hidrólise
Metanol e 
Etanol
Gasosos
Gaseificação
CO e H2
Do grego:
Piro: fogo
Lise: quebra
Assim, a pirólise pode ser definida como “quebra pelo fogo”.
• Amadeira é decomposta pela ação da temperatura, em atmosfera controlada.
• Visa a fixação do carbono na forma de carvão vegetal, porém com a geração de
outros subprodutos líquidos ou gasosos, que podem ser aproveitados ou não.
Pirólise
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Os produtos dividem-se em:
• Fração Sólida.
• Fração Líquida.
• Fração Gasosa.
Pirólise
Fração sólida:
Pirólise
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Fração líquida:
Ácido pirolenhoso - solução aquosa, de coloração marrom composto principalmente
de ácido acético, metanol, alcatrão solúvel e vários outros compostos em menor
quantidade.
Pirólise
Pirólise
Fração líquida:
Alcatrão insolúvel - coloração negra, muito mais denso e viscoso, que é separado do
ácido pirolenhoso por decantação.
É um composto fenólico, contendo ácidos orgânicos e hidrocarbonetos
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Pirólise
Fração gasosa:
Gases Não Condensáveis (GNC) - Gás combustível constituído principalmente de
CO2, CO, N2, H2 e CnHm.
Pirólise
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Pirólise
Pirólise
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C
O
N
D
E
N
S
A
D
O
R
Madeira
(1000 kg)
Carvão 
Vegetal 
(34%) 
Gases Não-
Condensáveis (33%)
Licor 
Pirolenhoso + 
Alcatrão (33%)
Pirólise
Fabricação do Carvão Vegetal
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Queima da madeira a fim de se provocar
a liberação dos voláteis da madeira.
Produto final é o carbono fixo na forma
do carvão vegetal.
Aspectos do Carvão Vegetal
Utiliza-se aparelhos e métodos que podem ser divididos em duas categorias:
• Apresentam recuperação dos produtos voláteis nula ou praticamente nula.
 Fornos de alvenaria, os fornos metálicos e algumas técnicas primitivas.
Aspectos do Carvão Vegetal
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Utiliza-se aparelhos e métodos que podem ser divididos em duas categorias:
• Preparados para recolher quantitativamente os gases e os líquidos que resultam
da carbonização.
 Fornos de retorta, que são equipamentos industriais.
Aspectos do Carvão Vegetal
Aspectos do Carvão Vegetal
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Uso doméstico:
Uso do Carvão Vegetal
Uso Industrial:
Uso do Carvão Vegetal
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Uso Industrial:
Uso do Carvão Vegetal
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Sistema Meda
Sistema Meda
• Consiste em se cavar um buraco no solo preenchendo-o com a madeira a
carbonizar.
• Após a ignição térmica, cobre-se a meda com uma pequena camada de terra,
permitindo um certo contato da madeira que está carbonizando com o ar.
Sistemas de produção do carvão vegetal
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Sistema Meda
Fase inicial: fumaça tem coloração branco leitosa (redução do TU).
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Meda
Sistemas de produção do carvão vegetal
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Sistema MEDA
Fase intermediária: fumaça torna-se pouco densa e de coloração azul (queima dos
voláteis), cobre-se completamente a meda, impedindo o contato da frente de
carbonização com o ar.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Meda
• Espera-se dois ou três dias para a carbonização se completar e o carvão
produzido esfriar.
• Retira-se a terra e empacota-se o carvão imediatamente, com o auxílio de um
garfo, a fim de separá-lo da terra.
Sistemas de produção do carvão vegetal
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Sistema Cupim ou Meda 
Vertical
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• Dispõe-se a madeira a ser carbonizada verticalmente em duas camadas
circulares, sendo uma sobre a outra.
• Na primeira camada, os toretes de madeira mais grossos são colocados no
centro do círculo e os toretes mais finos, na periferia.
• Isto faz com que o processo de carbonização torne-se mais homogêneo.
Sistemas de produção do carvão vegetal
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• Os toretes devem ter comprimento aproximado de 1m.
• No centro da camada circular, deve-se deixar um orifício de 20cm de diâmetro, onde
será colocado material combustível para a ignição do processo.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• Em seguida, o cupim é coberto com uma camada de capim de aproximadamente 5cm
de espessura.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• Esta camada de capim é coberta com uma camada de barro com 15cm de espessura,
a qual é feita de baixo para cima, deixando-se o orifício superior aberto.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• Algumas horas depois, inicia-se a emissão de fumaça densa de coloração branca
(perdendo água na forma de vapor).
• Neste momento, deve-se abrir o orifício central e colocar mais material combustível,
fechando-o novamente.
• O tempo para a madeira secar, depende muito de sua umidade e das condições
ambientais, porém é em média 36 horas.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
• O fim da carbonização leva aproximadamente 8 dias.
 Após isto, espera-se o cupim esfriar por um ou dois dias.
• O carvão deve ser coletado da periferia para o centro.
 Garantir uniformidade da qualidade, pois quanto próximo do centro o carvão
estiver, melhor será a sua qualidade.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Cupim ou Meda Vertical
Rendimento (em %) do carvão produzido no sistema de Cupim a partir de 3,65
toneladas de madeira.
Fornos de Alvenaria
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Alvenaria
• São a principal forma de obtenção de carvão vegetal no Brasil e em muitas regiões do
mundo.
• Proporcionam um baixo controle da carbonização, porém são de fácil construção e
relativamente baratos.
• Para a construção dos fornos de alvenaria, utiliza-se somente tijolos maciços, barro,
areia e eventualmente, pequenas quantidades de cimento e/ou cal.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Alvenaria
Classificam-se pelo:
• Pelo Aquecimento
 Fornos com aquecimento externo ou alotérmicos.
 Fornos com aquecimento interno ou autotérmicos.
• Pelo Mobilidade
 Fornos fixos.
 Fornos portáteis.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Alvenaria
Classificam-se pelo:
• Pelo Continuidade
 Fornos contínuos.
 Fornos por carga ou batelada.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Alvenaria
• Tipos:
 Forno de rabo quente.
 Forno de encosta.
 Forno de superfície.
 Forno de superfície com câmara externa.
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Fornos Rabo Quente
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
• Pela simplicidade construtiva e baixo custo é um dos mais difundidos, principalmente
junto a pequenos produtores.
• Recomendado para locais planos, e geralmenteé construído em baterias ou conjunto
de fornos.
• O forno “rabo quente” é construído utilizando-se apenas tijolos de barro cozido e
argamassa de barro e areia.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
A argamassa utilizada é uma mistura de
terra, areia e água em quantidades que
produzam um barro fácil de trabalhar.
A mistura de areia tem o objetivo de
reduzir as trincas que aparecem no forno
durante as carbonizações
Controle de oxigênio 
secundário
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
Quando a fumaça apresentar-se azulada, deve-se fechar os orifícios, pois a frente
carbonização se iniciou.
Descarregamento do forno: 
temperatura = 60 oC.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Rabo Quente
Não se deve abrir um forno que não esteja suficientemente frio, pois a entrada de 
ar pode provocar o incêndio do carvão.
O tempo ideal de carbonização de um forno é de sete dias, desde o acendimento
do fogo até a retirada do carvão.
 03 dias para carbonizar
 03 dias para esfriar.
 01 dia para descarregar/encher o forno.
Para o descarregamento do forno, a temperatura ideal é de mais ou menos 60 oC.
Fornos de Encosta
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Encosta
• Adaptação do forno rabo quente, muito utilizado em regiões de topografia mais
acidentada.
Controle de oxigênio 
secundário
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Encosta
Para construí-lo corta-se o barranco com a forma circular, apoiando-se a copa sobre a 
borda do terreno, que funciona como se fosse a parede do forno.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Encosta
• A operação do forno de encosta é semelhante àquela do forno rabo quente.
• O controle da carbonização é realizado com base na quantidade e cor das fumaças
que saem pelas chaminés.
• O tempo de carbonização é o mesmo para o forno rabo quente.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Encosta
• O período de carbonização e resfriamento deste forno é de 7 a 10 dias, com um
rendimento médio de 30%.
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Fornos de Superfície
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
• O forno de superfície, é o mais utilizado pelos grandes produtores de carvão vegetal.
• Características muito parecidas com a do forno rabo quente.
• Vantagens:
 Possuem uma chaminé lateral com tiragem central da fumaça do forno,
melhorando as condições térmicas e de fluxo de fumaça dentro do forno.
 Não há necessidade de se controlar a entrada de ar no forno (inexistência de
“baianas”) o que simplifica sua operação e diminui o trabalho de alvenaria.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
Chaminés
Melhores condições para que a frente de
carbonização se propague de maneira mais
homogênea e sob melhor controle do
operador.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
• A propagação da frente de carbonização pode ser acompanhada avaliando-se a
temperatura externa da parede.
• O procedimento para descarga é o mesmo já descrito para os outros fornos.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície
• O ciclo operacional é em média:
 4 horas para carregamento (2 homens).
 96 horas para carbonização.
 96 horas para resfriamento.
 5 horas para descarregamento (2 homens).
• Pode variar, conforme a umidade da lenha enfornada e das condições climáticas.
Fornos de Superfície com 
Câmara Externa
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
• É muito parecido com forno de superfície, porém ele possui uma câmara externa
para o início da carbonização.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
• O calor para a carbonização da lenha é fornecido pela queima, na câmara, de lenha
ou qualquer outro tipo de material como cascas e galhos.
• Não havendo queima de lenha no interior do forno, há um melhor aproveitamento
do seu espaço interno, pois toda a lenha enfornada pode ser transformada em carvão.
• Não possui nenhuma entrada de ar, sendo que o controle da carbonização dá-se por
meio da câmara.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
Chaminés
Câmara 
externa
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
Chaminés
Câmara externa
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
• O controle da chama na câmara é feito de modo a não permitir e entrada de
oxigênio para o interior do forno, procedimento que evitará a queima da lenha
enfornada.
• A alimentação da câmara deve, portanto, ser feita de tal maneira que não falte lenha
para queima, e que não seja queimada lenha em excesso.
• Ao final da carbonização a porta da câmara e a janela existente em sua parte inferior
são fechadas e vedadas com barro, iniciando-se o fase de resfriamento
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos de Superfície com Câmara Externa
• O desenvolvimento da carbonização é acompanhado pelo aspecto das fumaças que
saem pela chaminé.
• Quando a fumaça torna-se pouco densa e de coloração azulada, é indicação de que à
frente de carbonização atingiu o fundo do forno, e a carbonização está no fim.
• O tempo necessário para carregamento, carbonização, resfriamento e
descarregamento é em média 10 dias.
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Fornos Metálicos Portáteis
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
• Conjunto de cilindros sobrepostos, contendo uma tampa metálica superior e cada
cilindro tem uma fileira de orifícios.
• Têm como vantagem a condição de ser portátil, podendo ser levado até as frentes de
corte.
• Têm como desvantagem é a grande perda de calor, em função do aço ser um
excelente condutor térmico.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
• Não é recomendado para regiões frias, regiões onde a variação térmica entre dia e
noite seja grande ou regiões com fortes incidências de chuvas.
• Um forno metálico com 2,2m de diâmetro e 2,3m de altura tem um período para
carregamento, carbonização, resfriamento e descarregamento em torno de 5 dias.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
• De forma alternativa pode-se utilizar tambores de metal para o processo de
carbonização.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Metálicos portáteis
Retortas
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retortas
• Os fornos de alvenariae os metálicos de fabricação de carvão vegetal, têm como
desvantagens o mínimo controle operacional e pouco controle da qualidade do
produto.
Grande variação na composição química do carvão, o que prejudica o bom 
funcionamento dos alto-fornos, no caso de uso siderúrgico.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retortas
• Os fornos comuns de campo, simplesmente produzem o carvão, sendo perdidos para
a atmosfera, os líquidos e gases da carbonização.
Portanto, as retortas são equipamentos onde o controle da carbonização é preciso e, 
além disso, proporcionam a recuperação dos gases e do licor pirolenhoso. 
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retortas
• Tipos:
 Retorta contínua vertical.
 Retorta contínua horizontal.
Retorta Contínua Vertical
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Vertical
• Este tipo de retorta trabalha 24 horas por dia , 320 dias por ano.
• Existem três tamanhos básicos, que dão capacidades de produção de 5.000, 7.500 e
10.000 toneladas de carvão por ano.
• Os gases da carbonização são utilizados para a produção de calor para manter a
temperatura interna da retorta, maximizando o rendimento em carvão.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Vertical
• Para uma boa carbonização em uma retorta contínua, é necessário se secar a madeira
até um teor de umidade de 10%.
• Para isto, estoca-se a madeira por 6 meses, a qual atinge uma umidade em torno de
30%.
• A madeira é colocada em um secador vertical, que recebe gases quentes em sua base,
oriundos da queima dos gases e do alcatrão da carbonização em um forno separado.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Vertical
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Vertical
• Este equipamento tem um rendimento médio com base na madeira seca de 36% em
carvão vegetal, 41 de líquido pirolenhoso e 23% de gás.
• O carvão vegetal obtido tem em média 85% de carbono fixo.
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Retorta Contínua Horizontal
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Horizontal
• Este tipo de retorta foi desenvolvida para fabricar carvão vegetal a partir de diversos
materiais de pequenas dimensões, desde resíduos agrícolas até resíduos industriais.
• Consiste de dois fornos paralelos, suspensos para permitirem expansões e contrações,
com isolamento térmico externo.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Horizontal
• A alimentação de matéria prima é feita através de silos, a qual passa duas vezes
pela zona de carbonização e sai da retorta através de uma válvula rotativa ou
transportador helicoidal.
• O material transformado em carvão é resfriado e estocado em “containers” ou
sacos.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Horizontal
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Horizontal
• Os gases produzidos dentro dos fornos são conduzidos a uma estufa.
• Por meio de tubulações, queimando os gases quentes que circulam nos fornos em
jaquetas com temperaturas controladas.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Retorta Contínua Horizontal
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Forno Container
Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
• O forno container é um forno de elevada produtividade quando comparado aos
fornos tradicionais.
• Consiste de um sistema durável não necessitando de reparos contínuos como os
fornos de alvenaria tradicionais, podendo ser parcialmente ou totalmente
mecanizado.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Forno Container
• Possui rápido resfriamento do carvão vegetal (10 horas), contra três a quatro dias
nos sistemas convencionais.
• Podem ser obtidos rendimentos gravimétricos em carvão vegetal, na faixa de 35% a
38% contra de 25% a 33% nos fornos de alvenaria tradicionais.
Fornos Industriais 
Retangulares
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Fornos Industriais Retangulares
Sistema Forno-Fornalha
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• Combustão dos gases da carbonização na fornalha:
 Redução das emissões de gases para a atmosfera.
 Aproveitamento do calor na propriedade rural.
 Geração de energia elétrica (gerador).
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
Figura 1 – Planta baixa do sistema fornos-fornalha,
com medidas em centímetros.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
Carvão Vegetal Atiço Finos
33% 8% 3%
Tabela 2 – Rendimento gravimétrico
do sistema fornos-fornalha.
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
• Utilização de madeira de Eucalyptus spp.
• A carbonização tem duração média de 3 dias.
• O resfriamento natural ocorre em 2-3 dias.
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Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
Sistemas de produção do carvão vegetal
Sistema Forno Fornalha
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Obrigado!
Dúvidas?
Contato:
adriano.mascarenhas@unir.br