Carvão Ativado - Versão 1 2 (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
 
 
FLÁVIA ALVES PRATES 
MARIA RITA DA SILVA 
SUELEN SCALCON 
RAFAEL OLIVEIRA DE MORAES 
RUIZ GUILHERME SPOTTI 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DA INDÚSTRIA QUÍMICA SOBRE PRODUÇÃO DE CARVÃO 
ATIVADO DE SEMENTE DE JUÇARA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019 
FLÁVIA ALVES PRATES 
MARIA RITA DA SILVA 
SUELEN SCALCON 
RAFAEL OLIVEIRA DE MORAES 
RUIZ GUILHERME 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DA INDÚSTRIA QUÍMICA SOBRE PRODUÇÃO DE CARVÃO 
ATIVADO DE SEMENTE DE JUÇARA 
 
 
 
 
Trabalho de graduação apresentado como 
requisito parcial para aprovação na disciplina 
de Integração I do curso de graduação em 
Engenharia Química do Setor de Técnologia 
da Universidade Federal do Paraná. 
 
Orientadora: Prof. Dra Rosemary Hoffmann 
Ribani 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019 
RESUMO 
O seguinte trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um projeto 
de indústria química para a produção do carvão ativado a partir da semente de 
juçara. O projeto visa também alcançar um produto final de boa qualidade, de 
maneira econômica frente ao mercado e também de forma sustentável para 
assim diminuir os impactos ambientais. O estudo terá como estrutura uma 
revisão bibliográfica na qual contém dados econômicos e históricos, tanto da 
matéria prima que é o resíduo de juçara, quanto do produto final, o carvão 
ativado, e trará também as características físico-químicas de ambos. Será 
abordado as formas de obtenção de carvão ativado de semente de juçara, 
principal ponto de estudo, trazendo as diferentes rotas para a produção de 
carvão vegetal através da carbonização e ativação por meio físico do mesmo 
para que seja possível a obtenção do produto final desejado. Dentro do processo 
também é viável o entendimento dos equipamentos que podem ser aplicados, 
tal quesito compõe uma das partes do estudo desse processo. O trabalho possui 
também como um de seus pontos cruciais o desenvolvimento de um balanço de 
massa para a produção de 1 tonelada do carvão ativado de semente de juçara, 
o qual é de suma importância para o melhor entendimento do processo, quanto 
as suas características e os acontecimentos paralelos do mesmo. 
Palavras-chaves: Produção; Semente de juçara; Carvão ativado; 
carbonização; ativação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1: Produção do carvão vegetal por extração vegetal. .......... 11 
Figura 2: Valor (R$) de produção do carvão vegetal por extração 
vegetal. ............................................................................................................. 12 
Figura 3: Produção do carvão vegetal por extração vegetal. .......... 12 
Figura 4: Produção de carvão vegetal por extrativismo e por 
reflorestamento. ............................................................................................... 20 
Figura 5: Diagrama de blocos para produção de carvão por 
Carbonização. .................................................................................................. 28 
Figura 6: Diagrama de blocos para produção de carvão através da 
pirólise. ............................................................................................................. 32 
Figura 7: Processo da produção do carvão por ativação física. ...... 34 
Figura 8: Processo da produção do carvão por ativação química. .. 35 
Figura 9: Processo de produção do carvão ativado de semente de 
juçara. .............................................................................................................. 37 
Figura 10: Detalhamento e projeto do sistema forno-fornalha. (2012)
 ......................................................................................................................... 38 
Figura 11: Forno circular de abóboda. ............................................. 42 
Figura 12: Forno de abóboda acoplado. a,-seção, b,-acoplado. ..... 42 
Figura 13: Separação por membrana. ............................................. 47 
Figura 14: Fluxograma 1 - Carbonização ........................................ 49 
Figura 15: Fluxograma 2 ................................................................. 52 
Figura 16: Fluxograma 3 - Forno abóboda ...................................... 53 
Figura 17: Fluxograma 4: Processo final ......................................... 55 
Figura 18: Correntes de sucção e recalque da bomba. ................... 56 
Figura 19: Correntes de sucção e recalque do compressor. ........... 59 
Figura 20: Tubulação aço-carbono 6 polegadas. ............................ 62 
Figura 21:Modelo da bomba PF-17. ................................................ 70 
Figura 22:Compressor centrífugo. ................................................... 74 
Figura 23: Esteira rolante de correia transportadora. ...................... 78 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1: Análise química imediata do carvão vegetal e rendimento 
em carbono fixo. ............................................................................................... 14 
Tabela 2: Caracterização das amostras de sementes do açaí. ....... 19 
Tabela 3: Fases de degradação da madeira. .................................. 26 
Tabela 4: Composição elementar (média) de diversas biomassas. 43 
Tabela 5: Composição imediata de diversas biomassas em base seca 
e seu poder calorífico superior (PCS). V – voláteis, A – cinzas, F – carbono fixo.
 ......................................................................................................................... 43 
Tabela 6: Balanço de massa - Correntes 1 a 4. .............................. 50 
Tabela 7: Balanço de massa - correntes 5 a 7. ............................... 52 
Tabela 8: Balanço de massa - correntes 4, 7 e 8. ........................... 54 
Tabela 9: Balanço de massa - correntes 9 e 10. ............................. 55 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ......................................................................... 8 
2. HISTÓRIA DO CARVÃO ........................................................ 10 
2.1. ECONOMIA ........................................................................ 11 
3. CARACTERÍSTICAS DO CARVÃO ....................................... 13 
3.1. CARVÃO VEGETAL COMUM ............................................ 13 
3.2. CARVÃO ATIVADO ............................................................ 14 
4. FORMAS DE CARVÃO ATIVADO ......................................... 14 
5. APLICAÇÕES ........................................................................ 15 
5.1. CARVÃO COMUM .............................................................. 15 
5.2. CARVÃO ATIVADO ............................................................ 16 
6. MATÉRIA-PRIMA ................................................................... 17 
6.1. MATA NATIVA EM CONTRASTE COM FLORESTAS 
PLANTADAS 19 
7. ROTA PARA PRODUÇÃO GERAL DE CARVÃO VEGETAL 22 
7.1. PRODUÇÃO ....................................................................... 22 
7.2. CARBONIZAÇÃO ............................................................... 23 
7.2.1. METODOS DE CARBONIZAÇÃO ............................... 24 
7.2.2. TIPOS DE FORNOS PARA CARBONIZAÇÃO ............ 28 
7.3. PIRÓLISE ........................................................................... 31 
7.3.1. PIRÓLISE RÁPIDA ...................................................... 32 
7.3.2. PIRÓLISE LENTA ........................................................ 32 
7.4. ATIVAÇÃO ......................................................................... 33 
7.4.1. ATIVAÇÃO FÍSICA ...................................................... 33 
7.4.2. ATIVAÇÃO QUÍMICA ................................................... 34 
7.4.3. EFEITOS DA ATIVAÇÃO NO MEIO AMBIENTE ......... 35 
8. ROTA PARA PRODUÇÃO DE CARVÃO ATIVADO DE 
SEMENTE DE JUÇARA ...................................................................................36 
8.1. CONSIDERAÇÕES PARA A ESCOLHA DA ROTA ........... 36 
9. DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS ................................... 37 
9.1. SISTEMA FORNO-FORNALHA ......................................... 37 
9.1.1. FORNO ........................................................................ 38 
9.1.2. FORNALHA.................................................................. 39 
9.1.3. RESFRIAMENTO DO FORNO .................................... 40 
9.2. FORNO DE ABÓBODA ...................................................... 41 
8.4 CALDEIRAS PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA ................... 44 
8.4.1. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES ................................ 45 
8.5 MEMBRANAS PARA SEPARAÇÃO DE CO2 ........................ 46 
10. MEMORIAL DESCRITIVO DO BALANÇO DE MASSA ......... 48 
11. DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES, BOMBA E 
COMPRESSOR 55 
11.1. DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO DA BOMBA ........... 55 
11.1.1. EQUAÇÕES DO DIMENSIONAMENTO DA 
TUBULAÇÃO 56 
11.1.2. CÁLCULOS DO DIMENSIONAMENTO DA 
TUBULAÇÃO 57 
11.1.3. TIPO DE TUBULAÇÃO ESCOLHIDA ........................ 58 
11.2. DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO DO COMPRESSOR
 59 
11.2.1. EQUAÇÕES DO DIMENSIONAMENTO DA 
TUBULAÇÃO 59 
11.2.2. CÁLCULO PARA DIMENSIONAMENTO DA 
TUBULAÇÃO 60 
11.2.3. TIPO DE TUBULAÇÃO ESCOLHIDA ........................ 62 
11.3. EQUAÇÕES DO DIMENSIONAMENTO DA BOMBA ....... 63 
11.3.1. CÁLCULOS DO DIMENSIONAMENTO DA BOMBA . 67 
11.3.2. TIPO DA BOMBA ....................................................... 69 
11.4. EQUAÇÕES DE DIMENSIONAMENTO DO COMPRESSOR
 70 
11.4.1. CÁLCULOS DO DIMENSIONAMENTO DO 
COMPRESSOR 72 
11.4.2. TIPO DO COMPRESSOR.......................................... 74 
11.5. DIMENSIONSIONAMENTO DA ESTEIRA ....................... 75 
12. CONCLUSÃO ........................................................................ 79 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
1. INTRODUÇÃO 
O conhecimento e utilização do carvão ativado vem sendo cada vez 
maior entre a população e dentro das indústrias, tanto de grande, quanto de 
pequeno porte, devido as suas possíveis aplicações. Uma de suas principais e 
mais utilizadas aplicações é para adsorção no tratamento de efluentes, pois suas 
características abrangem os efluentes gasosos e também líquidos. O carvão 
estudado e apresentado terá como principal característica a aplicação na 
adsorção de gases poluentes. A obtenção do carvão ativado pode vir de diversas 
fontes, desde que sejam orgânicas. A escolha da semente de juçara é devido à 
grande quantidade de matéria orgânica presente na mesma, como o carbono, 
elemento de principal interesse para a obtenção de carvão vegetal, e além disso, 
é uma maneira de encaminhar o resíduo gerado pela extração da polpa a um 
destino mais útil e também eficaz. O estudo traz em sua pesquisa uma revisão 
da bibliografia, abordando a partir da mesma os pontos históricos do carvão, do 
seu surgimento até a maneira de obtenção do carvão nas eras primitivas, será 
possível uma análise das diferenças entre as aplicações e características dos 
tipos de carvão vegetal, o ativado e o não ativado. O enfoque principal da 
produção do carvão ativado de semente de juçara é sua aplicação na adsorção 
de gases poluentes. Será realizado o estudo para os métodos de fabricação do 
carvão, características e equipamentos para que ocorra a carbonização, e 
também, a maneira na qual acontece a ativação, abordando as diferenças entre 
o processo físico e químico para ativação e uma explicação mais aprofundada 
do processo de escolha da ativação por meio físico. A maneira na qual será 
obtido o carvão vegetal ativado de semente de juçara será estudada para que 
as características necessárias para essa aplicação sejam preservadas, obtendo 
assim um produto com melhor qualidade e eficiência. Visando a 
sustentabilidade, a ativação do processo será realizada aplicando CO2, o qual é 
um dos produtos necessários para acontecer a ativação. O CO2 utilizado virá a 
partir do reciclo empregado no processo dos gases gerados na produção. Junto 
a revisão bibliográfica e a descrição do processo, será versado também o 
balanço de massa a partir de uma tonelada de semente de juçara, o qual terá 
uma conversão em 42% de carvão vegetal e ao fim do processo, após a ativação 
um rendimento total de 100% do carvão vegetado em forma ativada. 
9 
 
A metodologia utilizada para o desenvolvimento do estudo, afim de 
efetuar o projeto de indústria química foram referências a partir de estudos 
realizados na área de produção do carvão ativado de semente de juçara. Foram 
utilizados trabalhos acadêmicos, como teses, monografias, artigos, dissertações, 
livros, entre outras formas de publicações, para que a revisão pudesse ser 
executada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
2. HISTÓRIA DO CARVÃO 
Nos primórdios da humanidade, o homem realizava certas atividades 
como aquecer-se ou iluminar as cavernas através de pedaços de madeira em 
chamas. Com o tempo, percebeu que ao utilizar a madeira queimada, de aspecto 
preto e friável, a mesma não produzia chama e nem tanta fumaça, gerando calor 
de forma mais controlável que aquele produzido pela queima direta da madeira, 
dando origem ao conhecimento do carvão vegetal e suas vantagens como 
combustível. (JUVILLAR, 1980) 
O fogo, que era utilizado para o cozimento dos alimentos, como fonte de 
luz e de calor, passou a ser necessário para funções mais complexas como o 
tratamento de materiais que serviriam para confecção de armas, ferramentas e 
utensílios, conferindo à lenha a qualificação de sistema energético mais antigo 
da humanidade. 
Com a constante evolução humana e a busca por novas tecnologias, o 
carvão vegetal foi se tornando cada vez mais necessário. Substituído por 
combustíveis fósseis em alguns casos, em muitos países subdesenvolvidos 
ainda é um combustível imprescindível, seja por motivos econômicos ou 
financeiros. (GUARDABASSI, 2006) 
Aliado ao desenvolvimento sustentável, existe uma grande preocupação 
em relação à fonte da matéria-prima. A utilização de florestas deve ser feita de 
forma racional, evitando a ocorrência de explorações irregulares e desastres 
ecológicos. Para esse controle, o Ministério do Meio Ambiente exige o 
Documento de Origem Florestal (DOF) obrigatório para o transporte e 
armazenamento de produtos florestais de origem nativa, inclusive o carvão 
vegetal nativo, contendo as informações sobre a procedência desses produtos. 
(IBAMA, 2016) 
Os produtores de carvão vegetal, independente da quantidade que 
produzem, têm sentido as expectativas no valor para operação devido ao fato de 
estar crescendo cada vez mais as exigências para utilizar a mão de obra e 
também para adquirir de forma legal a matéria-prima, outro fator que vem 
impactando no custo é a busca de uma produção com baixos índices de 
poluição. Ao buscar alternativas que supram todos esses pontos de maneira 
11 
 
eficaz e econômica, os produtores veem a necessidade de buscar processos 
mais eficientes. (SANTOS, 2012) 
 
2.1. ECONOMIA 
O volume de carvão vegetal produzido em 2017, ainda que 0,8% inferior 
ao atingido no ano anterior, registrou crescimento de 4,2% no seu valor de 
produção, alcançando R$ 2,6 bilhões. (IBGE, 2017) 
O Estado de Minas Gerais segue como destaque na produção de carvão 
vegetal no País, apresentando em 2017 valor de produção de R$ 2,1 bilhões, 
crescimento de 7,4%. (IBGE, 2017) 
Na figura 1, foi analisado a quantidade produzida, em toneladas, do 
carvão vegetal por extração vegetal no Brasil, durante o período de 2009 até 
2017. Seguido pela figura 2, na qual possui como variável o valor da produção 
(Unidade: R$ x 1000). No qual pode-se observar um decaimento do valor da 
produção com o passar dos anos, isso ocorre devido o maior controle na 
exploração de madeiras de espécies nativas e a redução da mão-de-obra 
disponível.(IBGE, 2017) 
Figura 1: Produção do carvão vegetal por extração vegetal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: IBGE, 2017. 
 
 
12 
 
Figura 2: Valor (R$) de produção do carvão vegetal por extração vegetal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: IBGE, 2017. 
 
Na figura 3, foi analisado a produção do carvão vegetal, em toneladas, por 
extração vegetal de acordo com os estados do Brasil. 
Figura 3: Produção do carvão vegetal por extração vegetal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: IBGE, 2017. 
 
 
 
13 
 
3. CARACTERÍSTICAS DO CARVÃO 
 
3.1. CARVÃO VEGETAL COMUM 
A principal matéria-prima para a fabricação do carvão vegetal é a 
madeira (lenha). O eucalipto é o mais utilizado por causa das suas propriedades 
químicas, físicas e econômicas. A produção desse tipo de carvão não emite 
muitos gases poluentes, porém seu processo ainda é feito através da produção 
nativa. (BRITO, 1996) 
A madeira pode ser considerada um biopolímero, formado por celulose, 
hemicelulose e lignina e também uma pequena parcela de materiais orgânicos e 
extrativos. A madeira, em sua base seca, é constituída de 88% a 99,9% de 
componentes orgânicos, às vezes denominados carbono fixo e volátil. Celulose, 
hemicelulose e lignina formam essa parte orgânica, distribuída em 20 a 28% de 
lignina, 42 a 45% de celulose e 27 a 30% de hemicelulose. (SALAZAR e 
CONNOR, 1983) 
A técnica e características utilizada para carbonizar a madeira, podem 
influenciar no seu produto final. Como por exemplo a umidade, quanto mais 
úmida a madeira, mais frágil e quebradiço será o carvão. 
O carbono fixo, é a quantidade de carbono final no produto e dependerá 
da carbonização e da quantidade de lignina na madeira. (BRITO, 1993) 
Quanto maior for a quantidade de carbono fixo, maior será também o 
índice de combustão da partícula na ingestão de carvão pulverizado. Outro 
parâmetro que influenciará no teor de carbono fixo e de materiais voláteis, será 
a temperatura de carbonização da matéria. (MENDES ET AL., 1982) 
 Isso pode ser observado na tabela 1, na qual é possível ver que, quando 
a temperatura de carbonização se situa em torno de 700°C, obtém-se a melhor 
concentração de carbono fixo. 
 
 
 
 
 
 
14 
 
Tabela 1: Análise química imediata do carvão vegetal e rendimento em carbono fixo. 
 
Fonte: CETEC 
 
 O carvão vegetal comum e o carvão ativado possuem semelhanças 
quando analisadas as suas origens, pois ambos são de origem vegetal. Já as 
diferenças que podem ser citadas são as funções designadas ao produto final, a 
matéria prima utilizada para a obtenção de cada um dos tipos, já que no carvão 
vegetal comum a fonte é a madeira, e no carvão ativado as fontes podem ser 
substâncias orgânicas com elevado teor de carbono, e outra diferença entre eles 
também é o tamanho das partículas. (MUCCIACITO, 2009) 
 
3.2. CARVÃO ATIVADO 
O carvão ativado é um produto que pode ser obtido a partir de diversas 
substâncias orgânicas, desde sementes a cascas de frutas. (MUCCIACITO, 
2009) 
Possui alta porosidade e área superficial interna, o que o torna um ótimo 
adsorvente, o carvão ativado também pode ser caracterizado como uma 
substância carbonácea inerte. (PEREIRA, 2013) 
As características do carvão ativado dependem da matéria-prima que 
será utilizada para a obtenção do carvão (como: cascas de nozes, caroços de 
frutas, entre outros) e a maneira que o mesmo será ativado. Suas principais 
características serão a área, estrutura dos poros e propriedades eletroforéticas. 
(MUCCIACITO, 2009) 
4. FORMAS DE CARVÃO ATIVADO 
Segundo Mucciacito, o carvão ativado pode ser encontrado em três 
formas físicas diferentes, sendo elas: pulverizados, granulados e peletizados. 
15 
 
O carvão ativado pulverizado é utilizado em processos contínuos ou 
descontínuos no tratamento de fases líquidas. Para realizar esse tratamento, a 
fase líquida sofre agitação para que o pó permaneça com uma área de contato 
maior a área a ser tratada, causando assim maior eficiência e maior 
aproveitamento do carvão ativado. O pó é separado do líquido através de 
centrifugação, filtração, decantação ou a combinação de dois ou mais destes. O 
carvão pulverizado pode ser usado diretamente no filtro. (MUCCIACITO, 2009) 
O carvão ativado na sua forma granulada é utilizado em fases gasosas 
ou líquidas. A matéria-prima utilizada para a fabricação deste tipo de carvão é 
uma matéria mais dura e o processo de fabricação deve ser bem controlado. O 
carvão granulado é mais viável economicamente em processos que operam em 
leitos, devido a sua estrutura mais rígida que permite sua regeneração 
sucessiva. (MUCCIACITO, 2009) 
O carvão ativado na forma peletizada é indicado para uso em fases 
gasosas e de catálise. Sua forma peletizada não está relacionado ao tratamento 
que foi submetido e sim a seu formato (pequenas partículas cilíndricas), podendo 
ser dito que o carvão peletizado pode ser tanto o normal quanto o ativado, 
mudando apenas o seu destino de aplicação final. Um exemplo de utilização do 
carvão ativado peletizado é o tratamento em aquários marinhos, lagos 
ornamentais, entre outros. (MUCCIACITO, 2009) 
5. APLICAÇÕES 
 
5.1. CARVÃO COMUM 
Carvão mineral antigamente era a maior fonte de energia no mundo, em 
1880, cerca de 97% da energia consumida no mundo, vinha da combustão do 
carvão; hoje, ele ainda é utilizado para a produção de energia elétrica em usinas 
termelétricas, um meio economicamente competitivo, mas nada comparado com 
o monopólio que havia no sec. XIX. O carvão mineral e vegetal, são úteis, 
também por meio de combustão, para gerar calor, sendo aproveitado em 
indústria para secagem e caldeiras. Também participa como matéria prima para 
a fabricação de aço e ferro metálico, após ser fundido com ferro. (FRANCISCO, 
S.D) 
16 
 
O carvão vegetal possui como característica ser adsorvente, mas 
quando foi descoberto, na era primitiva, foi utilizado como combustível para gerar 
calor para o ser humano se aquecer, para cocção de alimentos e fonte de luz, 
por sua chama. Hoje em dia sua combustão permanece de suma importância, 
especialmente no Brasil, onde de toda energia do país 12,9% é fruto do carvão 
vegetal. O Brasil responde cerca de 1/3 da produção mundial de carvão vegetal, 
com a maioria se sua produção sendo destinada para a siderurgia, para a 
produção de certos fundidos de ferro. (FREITAS, 2014) 
 
5.2. CARVÃO ATIVADO 
O carvão ativado pode ser utilizado em meio industrial e pelo próprio 
consumidor final, com diversas formas de aplicação, em geral, tirando proveito 
de sua característica adsorvente; algumas dessas maneiras são: 
No meio industrial, pode ser aplicado no tratamento de água, tanto na 
parte da purificação, quanto para consumo. O carvão elimina cor, odor, gosto 
adquirido, e remove substâncias orgânicas dissolvidas na água. Em indústrias, 
é utilizado na reciclagem de água, pode ser misturado com Iodo bioativo, 
intensificando sua eficiência. (MUCCIACITO, 2009) 
Também pode ser empregado no tratamento de ar, pois ele adsorve 
contaminantes altamente nocivos que estão misturados no meio, em filtros; em 
indústrias e também em mascaras de bombeiros. (MUCCIACITO, 2009) 
Ambas as utilizações podem ser aplicadas em diversos ramos da 
indústria brasileira/mundial, nos seguimentos farmacêuticos, indústria química, 
indústria alimentícia entre outras diversas que fazem proveito deste produto no 
ramo industrial. 
E ao consumidor final, ele é interessante pois ele, ao ser consumido 
remove impurezas do organismo, utilizado em casos de intoxicação por 
alimentos, drogas, entre outros. Ele também pode ser usado para tratar 
disfunções, esbranquiçar dentes e em cosméticos, para controle de oleosidade. 
(FERREIRA, 2017) 
O carvão ativado produzido a partir do caroço de juçara, vem 
recentemente sendo utilizado na área de tratamento de água, para o 
abastecimento público. É realizado um conjunto deprocessos e operações com 
17 
 
o objetivo de adequar as características físico-químicas e biológicas da água 
bruta, visando consumo humano. (MARQUES; FERREIRA, 2018) 
 
6. MATÉRIA-PRIMA 
Sabe-se que o carvão ativado pode ser produzido a partir de inúmeras 
matérias primas, como fibra de juta, onde a carbonização e ativação ocorrem 
com o vapor d’água da fibra. Segundo Senthilkumaar et al. (2005) na ativação, 
o carbono amorfo reage com o gás oxidante, formando novos poros e abrindo 
os poros fechados, o que aumenta a capacidade de adsorção do carvão ativado; 
Segundo Stavropoulos e Zabaniotou (2005) o carvão de torta de oliva é 
produzido pelo tratamento químico com NaOH; De acordo com Aygün et al. 
(2003) o caroço e casca de nozes, produz carvão ativado com elevadas áreas 
de superfície e desenvolve estrutura de microporos; O carvão também pode ser 
produzido através do caule de algodão, no qual segundo Deng et al. (2011) é 
utilizado o tratamento químico com H2SO4 e H3PO4; casca de tungue, que 
produz carvão ativado através de carbonização a 700 °C e tratamento químico 
com cloreto de zinco. (NIEDESBERG et al., 2012) 
A palmeira juçara, da qual é extraída a semente para o carvão vegetal 
ativado, é nativa da mata atlântica, uma floresta tropical que abrange a costa 
leste, sudeste e sul do brasil, além do leste do Paraguai e a província de 
Misiones, na Argentina. Até as décadas de 1930/1940, tal palmeira era 
comercializada in natura, ou seja, do mesmo modo que foi extraída da natureza. 
A partir de 1950, visando o valor econômico do palmito, teve início a 
comercialização do produto industrializado. Vale ressaltar ainda, que cada parte 
dessa palmeira pode ser aproveitada, seja em âmbito econômico ou social. 
(REIS, 2000) 
 A Euterpe edulis é uma espécie que apresenta estipe único, o que 
leva à sua incapacidade de rebrotar, ou seja, após a extração do palmito, a planta 
morrerá. Devido ao seu palmito de boa qualidade e da valorização do produto no 
mercado, essa palmeira é uma das mais exploradas na Mata Atlântica, 
correspondendo, juntamente com a Euterpe oleaceae, a 90% do palmito 
comercializado no país. (GARBIN, 2011; SILVA, 2007; CORSO, 2003) 
18 
 
 Embora o principal produto vindo dessa palmeira seja o palmito em 
questão, os seus frutos podem ser processados para a produção de açaí, que 
garante uma fonte de renda para pequenos agricultores. O açaí advindo da 
palmeira é rico em compostos fenólicos e antocianinas, sendo assim, um 
alimento com elevado poder antioxidante. (SCHULTZ, 2008) 
 Muito se discute sobre a semelhança entre o açaí (Euterpe 
oleracea) e o fruto da juçara (Euterpe edulis), que pertencem ao mesmo gênero, 
variando a espécie. Embora se pareçam, vale ressaltar que a juçara é unicaule, 
enquanto o açaizeiro produz vários perfilhos, formando touceiras. O 
processamento do fruto da juçara, com a intenção de se obter a polpa, é uma 
atividade nova no sul bahiano, onde a população mistura a polpa com a de outras 
frutas exóticas ou regionais, como o cupuaçu, cacau, banana, limão, cajá, de 
forma semelhante ao uso do açaí. O uso da polpa de juçara está sendo aceito 
pela população, já que a mesma é considerada de sabor mais doce que a polpa 
do açaí. (SILVA; BARRETTO; SERÔDIO, s.d.) 
 O uso do fruto advindo da juçara é uma forma de preservação da 
mesma, que se encontra em extinção devido à extração clandestina do palmito. 
Uma vez que o fruto se torna cobiçado pela população, maior será o seu plantio, 
o que diminui o risco de extinção. (SILVA; BARRETTO; SERÔDIO, s.d.) 
 Sabe-se que a semente da juçara (Euterpe edulis) é extremamente 
semelhante à do açaí (Euterpe oleracea), no que se refere à caracterização 
química. (RODRIGUES, 1993) 
A composição quanto matéria orgânica, umidade, densidade entre 
outras estão representadas na tabela 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
Tabela 2: Caracterização das amostras de sementes do açaí. 
 
Fonte: BEF, 2006. 
 
 
6.1. MATA NATIVA EM CONTRASTE COM FLORESTAS 
PLANTADAS 
É de uma grande importância o conhecimento sobre os problemas 
envolvidos durante todo o processo da produção do carvão vegetal. Atualmente, 
existe uma grande preocupação em relação aos recursos naturais disponíveis 
para exploração, e as consequências da utilização dessas matérias-primas de 
forma irregular. 
O consumo de carvão vegetal de matas nativas foi o principal causador 
de uma perturbação no meio ambiente, causando desmatamentos. Com esse 
motivo, foi deparada a necessidade de substituir esse consumo por carvão 
gerado através de florestas plantadas. 
O consumo de carvão vegetal no País no ano de 2009 foi de 22 milhões 
de metro de carvão, o carvão de matas nativas foi responsável por 
aproximadamente 45% do consumo, justificado pela insuficiência de florestas 
plantadas para esse fim. (ABRAF, 2010) 
Na figura 4, é possível identificar uma comparação entre a produção de 
carvão vegetal por extrativismo e a produção por reflorestamento, durante o ano 
de 2000 até 2009. Observa-se, durante esses anos, um aumento considerável 
20 
 
na produção de carvão vegetal por reflorestamento, chegando a ultrapassar a 
produção por extrativismo, a partir de 2006. 
Figura 4: Produção de carvão vegetal por extrativismo e por reflorestamento. 
Fonte: MOTA, 2013. 
 
São necessários novos plantios de florestas, para o suprimento do 
carvão vegetal, mesmo que sejam estabilizados o consumo e a produção 
vegetal. Devido ao fato de ter sido esgotado os maciços localizados próximos às 
indústrias consumidoras e às exigências restritivas conforme legislação em 
vigor, referente ao uso de madeira que provém de matas nativas. (JUVENAL; 
MATTOS, 2002) 
Nas décadas de 70 e 80, houve uma vigência que impulsionou 
significativamente o aumento de áreas reflorestadas existente no país. Tal 
vigência contribuiu para que fossem feitos plantios florestais em grandes escalas 
com um incentivo financeiro, já que foi possível abater o imposto de renda se 
confirmada e comprovada o reflorestamento. (Juvenal; Mattos, 2002; Rezende; 
Santos, 2010). Visando reduzir o desmatamento das florestas nativas diante das 
leis ambientais, obteve-se um aumento de áreas cobertas por florestas 
plantadas. Tal fator permite que seja feita a substituição da madeira que provém 
de florestas nativas, por madeiras provenientes de florestas plantadas. 
Executar a extração clandestina do palmito Juçara contribui altamente 
para o desgaste do meio ambiente e torna-se um fator preocupante para 
conseguir manter a espécie, sabendo que a mesma não consegue rebrotar após 
o corte para essa extração. Para que a planta continue a existir, é necessário 
conhecer as orientações para a preservação do produto, sabendo as formas 
21 
 
corretas de extração e industrialização da mesma. Junto aos fatores 
apresentados é viável intensificar a preocupação com a reposição da espécie 
utilizando o replantio. (MARTO, 2007) 
Para a produção do carvão da semente de Juçara, a matéria-prima é 
necessariamente proveniente do replantio da espécie, dessa forma é possível 
evitar o risco de extinção da mesma. Diferente da extração do palmito, no qual a 
planta morre após o corte, ao extrair a semente não há perda da mesma, e a 
palmeira permanece ativa por muitos anos, e contribui para a sua proliferação, 
já que a sua reprodução ocorre a partir da dispersão das sementes através de 
mamíferos e aves. (MARTO, 2007) 
A colheita de frutos e sementes em florestas naturais é uma atividade de 
baixo impacto ambiental segundo Art. 3º do Novo Código Florestal. Já no Art. 21. 
da mesma lei diz que é livre a colheita de produtos florestais não madeireiros, 
como frutos, folhas e sementes, sempre observando os períodos de colheita e 
volumes adequados previstos em regulamentos específicos. (GUIMARÃES L. A. 
DE O. P., 2017) 
A juçara compõe a Lista Oficial de Espécies da Flora Brasileira 
Ameaçadas de Extinção(MMA, 2008), no Espirito Santo há uma norma do IDAF 
(003/2013), que a extração da Juçara só é permitida por um funcionário da 
Incaper ou um profissional habilitado. (GUIMARÃES L. A. DE O. P., 2017) 
No caso de extração em florestas naturais, a IN no 003/2013 do IDAF 
diz que sempre deverá ser mantido no mínimo um cacho em cada árvore. Caso 
a palmeira possua apenas um cacho, a colheita não poderá ser realizada; deverá 
ser feito também o plantio de três mudas da palmeira de juçara para cada planta 
que se obtém a coleta. Após a despolpa, no mínimo 20 % das sementes deverão 
ser devolvidas às áreas na forma de semeadura a lanço. (GUIMARÃES L. A. DE 
O. P., 2017) 
Já em caso de áreas de uso alternativo do solo com plantio da palmeira 
juçara, é livre a extração dos frutos. Contudo, os plantios devem ser cadastrados 
no IDAF e sua exploração devidamente informada para efeito de controle da 
origem. As unidades de beneficiamento de frutos e produção de polpa devem 
ser licenciadas junto ao órgão ambiental. (GUIMARÃES L. A. DE O. P., 2017) 
 
22 
 
7. ROTA PARA PRODUÇÃO GERAL DE CARVÃO VEGETAL 
A forma de produção do carvão vegetal nos dias de hoje é a mesma que 
se usava há um século atrás. O que difere essa produção é apenas a proporção, 
a qual cresceu bastante. O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal 
do mundo. Para a produção do carvão, é utilizado uma tecnologia primitiva e um 
pequeno controle operacional dos fornos nos quais ocorre a carbonização, o 
controle quantitativo e qualitativo da produção é muito baixo, quase escasso. As 
indústrias não adotam novas tendências de tecnologia e inovação para o 
processo de carbonização, prevalecendo assim os processos primitivos, que 
possuem baixa eficiência operacional e energética. (TACCINI, 2010) 
 A tecnologia atualmente empregada para a produção do carvão vegetal 
descarta, através da emissão de gases, milhares de toneladas de componentes 
químicos. No processo de carbonização, de 30 a 40% da madeira são 
aproveitados na forma de carvão vegetal, o restante é lançado na atmosfera na 
forma de gases. Dentre esses gases provenientes da carbonização, já foi 
possível comprovar a existência de mais de 100 compostos orgânicos. 
(Brito,1990). Dessa forma, são grandes os impactos negativos dessa atividade, 
pois a mesma apresenta uma significativa emissão gasosa que é prejudicial ao 
meio ambiente, principalmente quanto a quantidade de produtos químicos que 
poderiam ser recuperados. 
 
7.1. PRODUÇÃO 
Segundo Hu, Srinivasan e Ni (2000), para produzir o carvão ativado são 
necessárias duas etapas: primeiro, a carbonização de materiais carbonáceos e 
segundo, a ativação do produto obtido no processo da carbonização. 
 A carbonização ou pirolise é feita geralmente na ausência de ar, e em 
temperaturas entre 500 e 800°C. (Bernardo e Dantas, 2005). Nesta etapa do 
processo são removidos os compostos voláteis e gases leves como CO, H2, CO2, 
CH4, produzindo assim uma massa de carbono fixo e uma estrutura porosa 
primária. (CUBAS, 2010) 
 Em termos gerais a temperatura, a velocidade de aquecimento, a 
velocidade de difusão do gás ou a quantidade de ativante são fundamentais e 
23 
 
permitem a obtenção de diferentes tipos de carvão ativado. (Aworn et al., 2008). 
Isso interfere na qualidade e o rendimento do carvão. (CUBAS, 2010). 
Já a ativação submete o material a reações de oxidação, empregando 
agentes oxidantes para desenvolver uma elevada área superficial. Essa etapa é 
fundamental para desenvolver a porosidade, área e superfície química do 
material, com base na aplicação desejada. (M. Gonçalves, 2008). A ativação 
pode ser realizada em temperaturas entre de 800 a 900°C. (BERNARDO, 2005). 
O processo de ativação pode ser realizado de forma química, física ou 
uma combinação entre as duas formas de processos. A ativação física produz 
uma estrutura de poro tipo fenda bastante fina, o que torna os carvões 
adequados para o uso em processo de adsorção de gases; já a ativação química 
gera carvões com poros maiores, sendo mais indicados para adsorção de fase 
líquida. (CUBAS, 2010) 
 
7.2. CARBONIZAÇÃO 
A carbonização pode ser definida como um processo de combustão 
incompleta de determinados sólidos quando submetidos ao calor elevado. O 
produto desta reação é chamado de carvão. Pela ação do calor, a carbonização 
remove hidrogênio e oxigênio do sólido, restando em maior parte somente o 
carbono fixo. (CUBAS, 2010) 
De forma geral a carbonização refere-se à transformação de 
determinado material em carvão, tendo em vista a madeira como principal 
material para obtenção do carvão vegetal. Para a produção do carvão vegetal é 
necessário a realização de queima, onde está é efetuada com o controle de 
oxigênio no forno, que é o principal elemento para a combustão. O processo 
consiste em cozinhar o material de forma lenta até a obtenção do carvão vegetal. 
(VOLOCH, L. e PERALTA, LR 2010) 
O carvão gerado com o processo de carbonização é microporoso, a 
porosidade presente pode ser preenchida parcialmente ou bloqueada pelo 
produto da decomposição. Com isto é necessária a ativação para o aumento dos 
poros. (HEYLMANN, KKA 2015) 
Há uma diferença fundamental entre incineração e carbonização, essa 
diferença se dá a presença ou ausência de oxigênio. Quando realizado o 
processo na ausência de oxigênio, a carbonização, os resíduos não entram em 
24 
 
combustão, havendo uma desidratação do material e não uma queima do rejeito. 
Apesar de serem utilizadas altas temperaturas, a carbonização ocorre em 
ambiente relativamente úmido, o que evita a corrosão excessiva dos 
equipamentos e permite ainda a obtenção de diversos subprodutos. (VOLOCH, 
L. e PERALTA, LR. 2014) 
 
7.2.1. METODOS DE CARBONIZAÇÃO 
Os sistemas de produção de carvão vegetal podem ser classificados em 
dois grupos, de acordo com a origem do fornecimento de calor para o processo. 
(Cenbio, 2008) São eles: sistema com fonte interna de calor ou por combustão 
parcial: neste sistema a combustão ocorre pela queima de parte da carga 
destinada para carbonização. Há uma perda de 10% a 20% do peso de carga da 
madeira para a combustão total, produzindo o calor necessário para o processo. 
A queima é controlada através do ar no interior do forno. Por ser um processo 
artesanal e o seu baixo custo de implantação e manutenção, esse processo vem 
sendo bastante difundido no Brasil. Existem também o sistema com fonte externa 
de calor: o calor fornecido para a combustão provem de uma fonte externa 
(aquecimento elétrico, introdução de calor na carga pela queima externa de 
combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos). Neste sistema, parte da carga não é 
“sacrificada” para a geração de calor no processo, o que promove uma produção 
ainda maios de carvão vegetal. (CENBIO, 2008) 
A carbonização é explicada por Sampaio e Mello (2001), como o 
processo de transformação da biomassa em uma fração sólida rica em carbono 
– o carvão vegetal - é uma fração gasosa composta por vapores e gases. Parte 
da fração gasosa, por sua vez, pode ser condensada, permitindo a obtenção do 
chamado líquido pirolenhoso, constituído por água e compostos químicos como 
os ácidos acético e fórmico, o éter, o álcool metílico e etílico, a acetona, o 
alcatrão dentre outros e a outra parte resulta em gases não condensáveis e 
inflamáveis como CO, H2, CH4 e C2H6. (PESSOA FILHO, 2013). 
A carbonização de biomassa gera uma grande variedade de compostos 
químicos. No processo de carbonização da madeira, feitos da ausência de 
oxigênio e utilizando aquecimentos externos, tem-se as seguintes frações 
mássicas, em base seca, dos principais produtos oriundos de tal process: 33% 
de carvão, 35,5% de licor pirolenhoso, 6,5% de alcatrão insolúvel e 25% de 
25 
 
gases. Dos componentes do licor pirolenhoso destacam-se o ácido acético 
(0,5%), metanol (0,2%), alcatrão solúvel (5,0%) e água (23,5%) enquanto queentre os componentes dos gases estão presentes o hidrogênio (0,16%), CO 
(8,5%), CO2 (15,5%), CH4 (0,61%), etano (0,03%) e outros gases (0,2%) 
(OLIVEIRA, 2013). Os resultados da carbonização caroço de açaí em retorta a 
650°C; forneceu rendimentos em carvão de 42%. O alcatrão, produto da 
carbonização da lignina, representa uma pequena parcela dos produtos obtidos 
cerca de 5%. Entretanto, o ácido pirolenhoso foi obtido em 54%, já o teor de 
cinzas obtido é 5,9% e umidade 5,1%. (CRUZ JUNIOR, 2010) 
O processo de carbonização da madeira pode ser esquematizado em 4 
fases: a primeira fase consiste em liberar o vapor e os gases da madeira, com a 
vaporização da água absorvida por higroscopia, da água absorvida através das 
paredes das células e a água quimicamente ligada ou de constituição. A faixa de 
temperatura na secagem vai de 110 a 200°C. O calor necessário para manter a 
temperatura adequada provém da queima de parte da madeira, que pode ocorrer 
na própria câmara de carbonização, nos fornos de carbonização mais 
rudimentares, seja em câmara de combustão própria ou nos fornos evoluídos. 
Após a secagem é realizada a pré-carbonização, que se dá no intervalo entre 
200-280°C, a terceira fase será endotérmica e atuará em temperaturas entre 
280-380°C, nessa fase será possível a obtenção de uma fração do líquido 
pirolenhoso e também uma quantidade de gases cuja a composição são 
componentes químicos orgânicos (metanol, fenóis, aldeídos entre outros). 
Na quarta fase é realizada a carbonização, reação rápida e exotérmica, iniciada 
entre 380-500°C, na qual parte da madeira é carbonizada, há uma redução da 
saída de gases da fase anterior e purificação eliminando o restante dos gases 
voláteis que contém H e O e a maioria do alcatrão solúvel e o ácido pirolenhoso 
são liberados. Última fase é a carbonização final, a temperatura superior a 
500°C, com a formação da maior parte do carvão. (BRITO, 1990) 
Na tabela 3 abaixo são descritas as fases de degradação da madeira. 
 
 
 
 
 
26 
 
Tabela 3: Fases de degradação da madeira. 
 
 Fonte: Brito (1990). 
 
Em empresas produtoras de carvão para siderurgia, o ciclo médio de 
produção é de 13 dias, com um rendimento gravimétrico médio de 30%, e um 
rendimento energético médio de 70% (Brito, 1996; Muylaert et al., 1999). Destes 
13 dias, em média, têm-se: 0,5h para carga do forno; 4 dias para 
secagem/carbonização; 8 dias para resfriamento do forno; 0,5 h para descarga 
do forno. A temperatura de carbonização é de cerca de 300 ºC, e o tempo de 
carbonização é de cerca de 72 a 96 horas – de 3 a 4 dias. (OLIVEIRA et al., 
2013; MUYLAERT et al., 1999; TRUGILHO et al., 2005) 
Em torno de 80% da produção brasileira de carvão são realizadas em 
fornos ineficientes energicamente onde os gases gerados são eliminados para 
atmosfera sem aproveitamento energético ou de produtos condensados. O 
rendimento médio é em torno de 30% a 40%, ou seja, de 100 kg de madeira 
carbonizada 60kg a 70kg são perdidos para atmosfera em forma de gases. (LIMA 
et al. 2007). 
27 
 
Os principais componentes dos gases não condensáveis, gerados 
durante o processo de carbonização são: o dióxido de carbono (CO2), o 
monóxido de carbono (CO), o nitrogênio (N2), o metano (CH4), o hidrogênio (H2) 
e hidrocarbonetos (CnH2n). Os gases gerados são causadores do efeito estufa. 
(FERREIRA, 2000). 
Como os gases não condensáveis possuem valor energético, os 
mesmos podem ser aplicados em processos de cogeração, que é definida como 
a geração concomitante de energia térmica e mecânica, através da mesma fonte 
primária de energia. A energia mecânica pode ser usada na forma de trabalho 
ou transformada em energia elétrica por meio de um gerador de eletricidade. 
(LEAL, T. E. 2015). 
A queima dos gases originários da carbonização (CO, CO2, N2, CH4, H2 e 
CnH2n) resulta na redução, em média, de 90% na emissão de gases metano e 
monóxido de carbono, principais responsáveis pela intensificação do efeito estufa 
quando lançados na atmosfera. (CARNEIRO, et al., 2011). 
Na figura 5, foi demostrado através de um diagrama de blocos o processo 
da carbonização desde a matéria-prima até o produto final, no caso, o carvão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
Figura 5: Diagrama de blocos para produção de carvão por Carbonização. 
Fonte: Os autores, 2019. 
 
7.2.2. TIPOS DE FORNOS PARA CARBONIZAÇÃO 
A carbonização pode ser realizada em fornos convencionais ou em 
fornos micro-ondas onde se utiliza ondas eletromagnéticas para transferência 
de calor. (YAGMUR et al., 2008) 
 
7.2.2.1. FORNO DE ENCOSTA 
Os fornos de encosta são utilizados em regiões que apresentam 
topografia acidentada, aproveitando o desnível natural do terreno para sua 
construção. (CARNEIRO et al. 2012) 
 A cúpula do forno é apoiada sobre a borda do terreno, que assume a 
função de parede do forno, reduzindo a quantidade de material utilizado em sua 
29 
 
construção. O diâmetro deste forno varia de 3 a 4 m e a altura entre 2,5 e 2,8 m, 
podendo ter até três chaminés (Mendes et al., 1982, apud Oliveira, 2013). O 
rendimento atingido pelos fornos atinge 32% de carvão vegetal. Este alto 
rendimento ocorre em consequência de que a maior parte do forno está em 
contato direto com o solo, acarretando em menores perdas térmicas para o 
ambiente e favorecendo a carbonização. Porém, requer maior tempo de 
resfriamento, diminuindo a produtividade (Baer Filho, 2008). O ciclo completo da 
carbonização da madeira leva de cinco a nove dias. (SANTOS, 2007) 
 
7.2.2.2. FORNO DE RABO QUENTE 
Os fornos de rabo quente são construídos em alvenaria, em formato de 
colmeia. Para a entrada de ar possuem orifícios denominados “tatus”, e as 
saídas de ar, são chamadas de “filas” e “baianas” (Ferreira, 2000, apud 
Fernandes, 2014). Apresenta baixo custo inicial, fácil manejo e demanda pouca 
mão de obra. (MINETTE et al, 2007). 
O processo de produção dos fornos do tipo rabo quente ocorre 
normalmente em sete dias para a produção do carvão a partir da madeira, desde 
o ascendimento do fogo até a retirada do carvão produzido. Nos três primeiros 
dias ocorre a carbonização, após essa etapa, são precisos mais três dias para o 
resfriamento, e um último dia para descarregar e encher novamente o forno. 
(FERNANDES, 2014) 
 
7.2.2.3. FORNOS RETÂNGULARES 
Este modelo geralmente é adotado por grandes produtores e metal 
siderúrgicos (Isbaex, 2014). O processo de carbonização nos fornos 
retangulares leva cerca de doze dias, incluindo as etapas de carregamento, 
ignição, carbonização, resfriamento do leito de carvão e descarga totalmente 
concluídas. A carbonização da madeira ocorre em quatro dias, e para o 
resfriamento do forno, são precisos oito dias (FÁVERO; VALLE; DUARTE, 2007) 
 
7.2.2.4. MICROONDAS (ONDATEC) 
A tecnologia de carbonização de madeira denominada Ondatec vem 
sendo desenvolvida ao longo dos últimos dez anos e, de forma sintética, consiste 
30 
 
em um forno horizontal metálico, equipado com esteira rolante e que utiliza 
micro-ondas como fonte de energia proveniente de sistema magnentron 
dispostos em diversas unidades distribuídas ao longo do topo do forno (RAAD e 
MELO, 2014) 
A madeira entra na base do forno em forma de toletes de 20 cm e segue 
ao longo da extensão da esteira em ambiente estanque, sem presença de 
oxigênio, sempre recebendo energia dos magnetrons até que se transforme 
totalmente em carvão vegetal. Toda a unidade é controlada por sistema, 
equipado com programa de monitoramento e simulação do processo de 
carbonização. O algoritmo de programação define os procedimentos 
operacionais para a obtenção da qualidade química pré-estabelecida do produto 
final por meio da regulagem dinâmica da velocidade da esteira e potência 
recebida ao longo do ciclo (RAAD e MELO, 2014) 
As características do aquecimento por micro-ondas são: o aquecimento 
de dentropara fora; gradiente homogêneo; não necessita de trocadores de calor, 
o que resulta em menos perda para o ambiente; a alta velocidade de 
aquecimento e a ação seletiva. A radiação de micro-ondas tem sido aplicada 
com êxito para a preparação e regeneração de carvão ativado (YAGMUR et al, 
2008). 
O aquecimento por micro-ondas tem a vantagem de uma rápida 
elevação de distribuição da temperatura, além da economia de energia em 
relação ao método térmico convencional (YAGMUR et al, 2008). 
A taxa de aquecimento do carvão ativado em forno deste tipo depende 
de alguns fatores, tais como composição química, propriedades dielétricas, 
tamanho de partícula entre outros. De maneira geral, o tempo de ativação fica 
na ordem de três vezes menor em relação aos fornos convencionais, indicando 
a maior eficiência de aquecimento. Em apenas poucos minutos, pode-se chegar 
a temperaturas em torno de 1000°C. A pirólise em forno de micro-ondas favorece 
a formação de microporos. (ZHANG et al, 2009) 
 
7.2.2.5. FORNALHA 
Com o intuito de diminuir os gases gerados com a carbonização tem sido 
realizada a combustão desses gases em fornalhas. Fornalhas são dispositivos 
projetados visando à maior eficiência da combustão e possibilidade de 
31 
 
aproveitamento de energia térmica liberada durante o processo de combustão 
(MAGALHÃES, 2007) 
Fornalhas acopladas a fornos de carbonização têm, objetivo de incinerar 
os gases gerados durante o processo, transformando em poluição ou energia na 
forma de calor. Estes equipamentos conferem as unidades de produção de 
carvão vegetal um aspecto limpo e contribuem para o processo de carbonização 
auxiliando na tiragem de gases do interior forno para a fornalha em função da 
pressão negativa gerada do sistema pela chaminé do queimador (MAGALHÃES, 
2007) 
As fornalhas são compostas por uma câmera de combustão, onde os 
combustíveis são completamente oxidados; uma grelha, onde se apoia o 
combustível sólido; aberturas de entrada e saída, destinadas ao carregamento 
do combustível sólido e as passagens de ar ambiente e do ar aquecido para fim 
a qual será destinado; e por um cinzeiro, onde são depositados os resíduos – 
cinzas - da combustão. (MAGALHÃES, 2007) 
 
7.3. PIRÓLISE 
Outro termo equivalente à carbonização comumente utilizado é pirólise. 
Segundo o professor Edgardo Olivares Gómez da Universidade Estadual de 
Campinas – UNICAMP, a pirólise pode ser definida como a degradação térmica 
de qualquer material orgânico na ausência parcial ou total de um agente 
oxidante, ou até mesmo, em um ambiente com uma concentração de oxigênio 
capaz de evitar a gaseificação intensiva do material orgânico. A pirólise 
geralmente ocorre a uma temperatura que se inicia em 400°C. O principal 
objetivo no processo de pirólise é a obtenção de produtos com densidade 
energética mais alta e melhores propriedades do que àquelas da biomassa inicial. 
A pirólise pode produzir três produtos a partir da biomassa sendo eles 
carvão, óleo e gás pirolíticos. O carvão consiste principalmente em carbono, no 
qual também se encontram cinzas. (SANTOS, K. G. 2011) 
Os vapores produzidos neste processo podem ser condensados formando 
uma mistura líquida de duas fases: uma aquosa e outra orgânico, deixando os 
gases como CO2, CO, CH4, H2, como um combustível para uso imediato. 
(SANTOS, K. G. 2011) 
32 
 
A pirólise pode ser dividida em pirólise rápida e pirólise lenta. 
(BROWNSORT, 2009). 
Na figura 6, demonstra-se através de um diagrama de blocos a produção 
do carvão por meio da Pirólise. 
 
Figura 6: Diagrama de blocos para produção de carvão através da pirólise. 
 
Fonte: Os Autores, 2019. 
 
7.3.1. PIRÓLISE RÁPIDA 
A pirólise rápida é caracterizada por altas taxas de aquecimento e baixos 
tempos de residência de vapor. A pirólise rápida necessita de partículas com 
dimensões pequenas e um “design” que permita a saída rápida dos vapores em 
sólidos quentes. A temperatura de trabalho é acima de 500°C. (BROWNSORT, 
2009) 
A pirólise rápida tem como principal objetivo a produção de líquido. A 
pirólise rápida pode produzir de 60 a 75% em peso de bio-óleo, 15 a 25% em 
peso de carvão vegetal e 10 a 20% em peso de gases não condensáveis, 
dependendo do tipo de biomassa utilizada. (MOHAN, D.; PITTMAN, C.; STEELE, 
P. 2006) 
A figura 6 do item anterior também pode ser aplicada para a pirólise 
rápida. 
7.3.2. PIRÓLISE LENTA 
A pirólise lenta é caracterizada por baixas taxas de aquecimento e altos 
tempos de residência de vapor. Vapores não escapam tão rapidamente quanto 
33 
 
na pirólise rápida. Dessa forma, a fase vaporizada continua a reagir com as 
outras fases, como o carvão sólido ou líquido formado (Mohan; Pittman; Steele, 
2006). Geralmente, a temperatura de trabalho é menor que aquela inerente a 
pirólise rápida, sendo aproximadamente 400ºC. O principal intuito é a produção 
de carvão vegetal (BROWNSORT, 2009). 
A pirólise lenta está esquematizada na figura 6 do item 6.3. 
 
7.4. ATIVAÇÃO 
A ativação visa o aumento da área superficial de carvão proporcionando, 
desse modo, o aumento da sua porosidade. O propósito do processo de ativação 
é o controle das características básicas do material como distribuição de poros, 
áreas superficiais específicas, a resistência mecânica, etc. (BRUM, 2007) 
 
7.4.1. ATIVAÇÃO FÍSICA 
A ativação física diferentemente da química é realizada após a 
carbonização, o carvão é ativado mediante injeção gasosa na qual contém vapor 
de água e gás CO2. (Salman, J.m, 2013) Para tanto, os gases são injetados na 
estrutura do carvão. (Fernandes, 2010). Com a penetração das moléculas de 
vapor no interior dos microporos, o volume dos mesmos aumenta, aumentando 
deste modo a área superficial do carvão. (RODRIGUEZ-REINOSO; MOLINA-
SABIO; GONZALEZ, 1995) 
A atuação destes gases promove a remoção de carbono da estrutura 
carbonosa, que resulta na desobstrução dos poros e no desenvolvimento da 
estrutura porosa. Ocorre também um aumento do volume microporoso área 
superficial do carvão. (PEREIRO, 2016) 
A ativação é realizada por exposição do material carbonizado a gases 
como o dióxido de carbono, ou o vapor de água, a altas temperaturas para 
promover a oxidação da superfície. (PEREIRO, 2016) 
O gás de ativação normalmente utilizado é o CO2, uma vez que é limpo, 
fácil de manusear e facilita o controlo do processo de ativação devido à baixa 
velocidade de reação. A temperatura de ativação ocorre entre os 600-900ºC. 
(PEREIRO, 2016) 
34 
 
Na Figura 7, foi demostrado o processo da produção do carvão por 
ativação física, através de um diagrama de blocos. 
 
Figura 7: Processo da produção do carvão por ativação física. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Os Autores, 2019. 
 
7.4.2. ATIVAÇÃO QUÍMICA 
A ativação química consiste na impregnação de agentes ativantes como 
Cloreto de Zinco (ZnCl2), Ácido Fosfórico (H3PO4), Hidróxido de Sódio (NaOH), 
etc., no material não carbonizado, onde estes agentes proporcionarão a 
formação de ligações cruzadas, tornando o material menos propenso a 
volatilização quando aquecido a temperatura elevada. (Fernandes, 2010). O 
ativador é misturado ao material sendo realizado somente em uma etapa com 
carbonização e ativação simultânea. Resulta em uma estrutura porosa bem 
desenvolvida, no entanto apresenta preocupações ambientais referente aos 
ativadores usados. (CLAUDINO, 2003) 
Carvões ativados com hidróxido de potássio apresentaram maior 
desordem estrutural, uma maior área e volume de microporos quando 
comparado com o hidróxido de sódio. Por outro lado, os carvões obtidos a partir 
do hidróxido de sódio apresentaram uma estabilidade térmica mais elevada. 
(RAMOS, 2014) 
No passo seguinte, a matéria-prima impregnada é carbonizada a baixas 
temperaturas e na fase final passa ao passo da lavagem, de modo a remover os 
componentes do produto químico ainda impregnados no carvão ativado, 
desenvolvendo porosidadeno carvão. (PEREIRO, 2016). 
35 
 
O processo de ativação é então feito no sentido de desenvolver um 
carvão com o tamanho de poro desejado, otimizando os processos tais como 
tempo de ativação, temperatura e razão de impregnação. No entanto, vários 
estudos revelaram que a variável mais importante para o desenvolvimento da 
porosidade do carvão ativado é a interação entre o material e o ativador. 
(CLAUDINO, 2003) 
A ativação química é dada através de temperaturas menores do que a 
ativação física, portanto, pode melhorar o desenvolvimento de poros na estrutura 
do carvão devido aos efeitos dos produtos químicos. Os rendimentos dos 
carvões de ativação química são maiores do que os resultantes de ativação 
física. (MORENO-PIRAJA; GIRALDO, 2010) 
Na figura 8, foi demostrado o processo da produção do carvão por 
ativação química, através de um diagrama de blocos. 
 
Figura 8: Processo da produção do carvão por ativação química. 
 
 
Fonte: Os Autores, 2019. 
7.4.3. EFEITOS DA ATIVAÇÃO NO MEIO AMBIENTE 
Na ativação química existem muitas desvantagens ambientais e 
problemas de recuperação de corrosão além de não poder se usar o carvão 
36 
 
obtido na indústria farmacêutica e alimentícia devido a possibilidade de 
contaminação. (PEREIRO, 2016) 
A ativação física comparada a ativação química parece ter menos 
problemas associados, quer a nível económico e ambiental. O manuseamento 
de produtos químicos tóxicos e o consequente tratamento dos resíduos 
produzidos na ativação química justificam que, a ativação física é considerada 
mais barata e amiga do ambiente e, portanto, muito utilizada na indústria para 
produzir adsorventes eficazes. (PEREIRO, 2016) 
 
8. ROTA PARA PRODUÇÃO DE CARVÃO ATIVADO DE SEMENTE DE 
JUÇARA 
 
8.1. CONSIDERAÇÕES PARA A ESCOLHA DA ROTA 
Para o processo de obtenção do carvão ativado foi escolhido como 
matéria prima a semente de juçara. A palmeira vem sendo explorada e correndo 
o risco de ser extinta, a escolha da semente de juçara traz como benefício a 
tentativa de uma exploração diferente da árvore, a qual não envolva o uso do 
tronco e assim de certa forma preservar a mesma. (JUVENAL; MATTOS, 2002) 
Para que a semente de juçara possa se tornar carvão e por fim ser 
ativada, ela passará pelo processo de carbonização. Tal processo envolve altas 
temperaturas e é comumente usado para a produção de carvão, pois diferente 
da pirólise o processo de carbonização não produz nenhuma outra fase que não 
seja carvão e resíduos, no caso as cinzas. 
Considerando as propriedades físico-químicas da semente de juçara 
que são análogas a semente do fruto açaí, pode-se utilizar o modo de produção 
do carvão ativado equivalente ao da semente de açaí. (SILVA; BARRETO; 
SERODIO, s.d.) 
O carvão ativado de semente de juçara será obtido para o uso de 
adsorção de gases. Para essa finalidade o meio de ativação através da ativação 
física é mais apropriado, pois produz uma estrutura de poro tipo fenda, bastante 
fina no carvão, tornando mais eficiente o uso final do produto. (SOARES, 2001) 
A ativação física também é uma grande aliada quando o assunto é meio 
ambiente, já que a mesma causa menos poluição, utiliza e gera gases que 
37 
 
podem ser lançados na atmosfera, não existe manuseio de produtos tóxicos e o 
custo da mesma acaba sendo mais barato. (PEREIRO, 2016) 
Na figura 9, foi demostrado através de um diagrama de blocos, o 
processo da produção do carvão ativado a partir da semente de Juçara. 
 
Figura 9: Processo de produção do carvão ativado de semente de juçara. 
 
Fonte: Os Autores, 2019. 
 
9. DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS 
 
9.1. SISTEMA FORNO-FORNALHA 
 O sistema forno-fornalha consiste em um conjunto de dois 
equipamentos, sendo eles o queimador ou fornalha e o forno de carbonização, 
mostrado na figura 10. Este conjunto tem como objetivo incinerar os gases 
produzidos durante a obtenção do carvão vegetal e gerar energia térmica. Além 
disso, estes equipamentos auxiliam a saída de gases do interior do forno por 
diferença de pressão e contribuem para uma visão mais limpa do processo de 
carbonização, pela redução da emissão de poluentes atmosféricos. (OLIVEIRA, 
2013) 
 
38 
 
Figura 10: Detalhamento e projeto do sistema forno-fornalha. (2012) 
 
Fonte: OLIVEIRA, 2013. 
 
9.1.1. FORNO 
 O forno utilizado para adaptar a fornalha e os ductos para condução dos 
gases é um forno de superfície típico, com algumas modificações. Trata-se de 
um forno circular de alvenaria dotado de seis orifícios na sua base para controle 
da marcha de carbonização. O forno apresenta como dimensões: altura central 
de 2,2 metros, altura até início da cúpula de 1,5 m e diâmetro interno de 3 metros. 
(CARNEIRO, 2011) 
O forno é construído com tijolos refratários, que apresentam maior 
durabilidade e resistência ao calor. Para auxiliar na manutenção do calor dentro 
do forno durante o processo de carbonização e eliminar possíveis entradas de 
ar no forno, é emboçada uma mistura de argamassa refratária e areia lavada. 
Utiliza-se também uma cinta metálica e barra de ferro rosqueada na base da 
cúpula para proporcionar maior durabilidade ao forno, evitando a expansão das 
paredes do forno, ocasionada pela pressão exercida pelos gases gerados 
durante a carbonização, antes que estes sejam direcionados à fornalha. É 
utilizado poços de aço para medição da temperatura interna através de um 
medidor infravermelho com faixa de medição entre -32 e 1650°C de temperatura, 
distribuídos nas paredes e na cúpula do forno. O objetivo do controle da 
temperatura é manter a carbonização dentro das faixas de degradação, visando 
uma temperatura final máxima de 400°C. O forno possui seis “tatus” para 
39 
 
controle da entrada de oxigênio e consequentemente controle de todo processo 
de carbonização. (CARNEIRO, 2011) 
A ignição da carga de caroços é realizada pela abertura na porta, com 
um maçarico. Durante este processo, todas as entradas de ar (tatu) e guilhotina 
(abertura no duto de comunicação dos gases para a fornalha), são mantidas 
abertas até o início da combustão da matéria-prima no ponto de aplicação da 
chama do maçarico. Posteriormente a abertura na porta é fechada. (OLIVEIRA, 
2013) 
O controle da carbonização é feito pelo monitoramento da temperatura, 
controle da entrada de ar (oxigênio) pela abertura ou fechamento das lacunas 
(tatus) com tijolo e pela observação da queima dos gases gerados na fornalha 
durante a degradação térmica das sementes. Ao iniciar a carbonização, há 
liberação de gases, gerando uma fumaça que é transferido para a fornalha. 
(OLIVEIRA, 2013) 
 
9.1.2. FORNALHA 
Com o intuito de diminuir os gases gerados com a carbonização tem sido 
realizada a combustão desses gases em fornalhas. Fornalhas são dispositivos 
projetados visando à maior eficiência da combustão e possibilidade de 
aproveitamento de energia térmica liberada durante o processo de combustão. 
(MAGALHÃES, 2007) 
Fornalhas acopladas a fornos de carbonização têm, objetivo de incinerar 
os gases gerados durante o processo, transformando poluição ou energia na 
forma de calor. Estes equipamentos conferem as unidades de produção de 
carvão vegetal um aspecto limpo e contribuem para o processo de carbonização 
auxiliando na tiragem de gases do interior forno para a fornalha em função da 
pressão negativa gerada do sistema pela chaminé do queimador. 
(MAGALHÃES, 2007) 
As fornalhas são compostas por uma câmera de combustão, onde os 
combustíveis são completamente oxidados; uma grelha, onde se apoia o 
combustível sólido; aberturas de entrada e saída, destinadas ao carregamento 
do combustível sólido e as passagens de ar ambiente e do ar aquecido para fim 
a qual será destinado; e por um cinzeiro, onde são depositados os resíduos da 
combustão. (MAGALHÃES, 2007) 
40 
 
A fornalha é construída em alvenaria, no formato cilíndrico, com abertura 
para passagem do ar comburente.Essa abertura também é utilizada para 
alimentação da fornalha com resíduos, quando da fase endotérmica da 
carbonização. O volume da estimado, levando em consideração a vazão média 
dos gases de saída do forno igual a 2800 m3 /h. a. O interior da fornalha é 
revestido com manta cerâmica, para maior durabilidade e manutenção do calor 
interno durante o processo de combustão dos gases. O ducto para transporte 
dos gases da carbonização até a fornalha é construído com tijolos maciços 
cerâmicos. Na parte interna do ducto é construído um estreitamento com tijolos, 
para direcionamento do fluxo de gases para a fornalha. No local da saída de 
gases do forno pelo ducto é instalada uma guilhotina feita de chapa de ferro com 
55 x 50 cm e 3 mm de espessura, para controle da vazão de saída desses gases 
através da sua movimentação vertical. (OLIVEIRA, 2013) 
Nessa configuração de sistema, a chaminé é construída sobre a 
fornalha, com diâmetro interno inferior de 160 cm, superior de 40 cm e altura total 
de 400 cm, considerando a altura da fornalha (110 cm). (OLIVEIRA, 2013) 
Após a ignição do forno, é realizado o acendimento da fornalha para a 
queima de gases provenientes da carbonização. Para a ignição da fornalha, 
gravetos, cascas, pequenos toretes, e um maçarico, são utilizados para aciona-
la. 
Após a elevação da temperatura em seu interior, os gases queimados 
são capazes de manter a chama acesa, reduzindo a periodicidade de 
abastecimentos com resíduos. A entrada de ar da fornalha permanece semi-
fechada, com um tijolo maciço cerâmico. Quando a chaminé apresentava sinais 
de queima de gases ineficiente é necessário abastecer a fornalha com mais 
material combustível. (OLIVEIRA, 2013) 
 
9.1.3. RESFRIAMENTO DO FORNO 
Ao final do processo de carbonização, quando o volume de gases e a 
temperatura interna do forno decrescem, ocorre seu fechamento total, para início 
da etapa de resfriamento. A vedação total do forno é realizada, fechando-se os 
controladores de ar e descendo a guilhotina até ao nível do solo, evitando a 
entrada de oxigênio para o interior do forno. O resfriamento do forno é natural e 
necessita em média de 2 a 10 dias, dependendo do tamanho do forno, não 
41 
 
utilizando nenhum procedimento para redução do tempo dessa etapa. Durante 
o resfriamento, as temperaturas internas do forno são obtidas a partir dos 
cilindros metálicos de medição, por meio de um medidor infravermelho de 
temperatura. (OLIVEIRA, 2013) 
Após o resfriamento do forno procede-se à abertura da porta para o 
descarregamento do carvão, onde é feito com garfo metálico apropriado, 
colocando-o então em sacos de ráfia de aproximadamente 50 litros, para 
pesagem e determinação do rendimento. (OLIVEIRA, 2013) 
 
9.2. FORNO DE ABÓBODA 
Na classificação dos fornos cerâmicos, o forno de abóboda se enquadra 
como um forno intermitente. A grande vantagem advinda deste forno é que o 
combustível e seus resíduos não estão em contato direto com o produto, já que 
a combustão se dá em uma fornalha separada por uma parede. Os gases se 
dirigem até o teto em forma de abóboda, atravessando os produtos e sendo 
encaminhados até o conduto que os leva à chaminé. (ARADAS, 1996) 
 Devido à forma circular destes fornos, eles podem ter de 4 a 8 
fornalhas, regulando assim de maneira independente os processos de pré-
aquecimento, queima e resfriamento do produto, assegurando uma boa 
qualidade. As cabines de queima são construídas de bloco cerâmico maciço 
refratário, a superfície superior esférica de bloco cerâmico maciço semi-refratário 
e a parede cilíndrica de bloco cerâmico maciço. Esses fornos funcionam pela 
diferença de pressão existente entre o interior do forno e a altura da chaminé, 
onde as correntes de convecção são quem fazem com que haja circulação de 
temperatura em todas as peças. Nele se obtém maior economia devido ao fato 
de a temperatura ficar aprisionada, diferentemente do que acontece nos fornos 
caieiras, que perdem grande quantidade de calor, consumindo uma maior 
quantidade de lenha por milheiro. Com essa conservação da temperatura pode-
se diminuir o consumo de lenha e com tudo isso o material fica mais tempo 
sujeito as altas temperaturas, fazendo com que haja maior sinterização das 
peças. Isto ocasiona uma menor porosidade e uma maior resistência mecânica. 
(ARADAS, 1996) 
42 
 
Essa transferência de calor de dentro para fora do forno é importante 
quando a fonte térmica é desligada, pois os mesmos já se encontram 
sintetizados. (SOUZA, 2008) 
Na figura 11 está representado um esquema de um forno circular de 
abóboda. 
Figura 11: Forno circular de abóboda. 
 
Fonte: REVERTÉ, S.D. 
 
Com o intuito de se poupar combustível, foi criada uma modalidade dos 
fornos de abóboda, consistindo em ligar vários deste tipo mais com câmara 
retangular. Os processos de pré-aquecimento, queima e resfriamento se fazem 
de forma ordenada, ou seja, quando se queima numa câmara, os gases são 
conduzidos à outra onde começa a etapa de pré-aquecimento, e a seguir vão à 
chaminé, reaproveitando o calor destes ao diminuir o período do processo com 
combustível. (ARADAS, 1996) 
A figura 12 mostra o esquema do forno de abóboda retangular. 
 
Figura 12: Forno de abóboda acoplado. a,-seção, b,-acoplado. 
 
Fonte: REVERTÉ, S.D. 
Outro fator de destaque relacionado aos fornos cerâmicos é a busca por 
combustíveis alternativos, que sejam menos poluentes e que possuam o mesmo 
43 
 
rendimento dos combustíveis tradicionais (como a lenha). Dentre esses 
combustíveis se destacam: Bagaço de cana de açúcar, serragem, casca de 
arroz, ramas e cavacos de algodão, capim elefante. (ARADAS, 1996) 
Nas tabelas 4 e 5 estão as características destes resíduos e de árvores 
usadas como lenha. 
Tabela 4: Composição elementar (média) de diversas biomassas. 
 
Fontes: [1] JENKINS, 1990; [2] SÁNCHEZ, 1994; [3] BEZZON, 1994. 
 
Tabela 5: Composição imediata de diversas biomassas em base seca e seu poder calorífico 
superior (PCS). V – voláteis, A – cinzas, F – carbono fixo. 
 
Fontes: [1] JENKINS, 1990; [2] SÁNCHEZ, 1994; [3] BEZZON, 1994. 
 
A ativação física, em geral, nos fornos cerâmicos, ocorre à temperatura 
final de 850°C, com taxa de aquecimento de 10°C.min-1, durante 60 min (tempo 
de residência na temperatura final), utilizando-se fluxo de 150 mL.min-1 de CO2 
44 
 
como agente ativante. Em geral, utiliza-se aproximadamente 1g de carvão 
vegetal precursor em cada barqueta de porcelana, sendo sete barquetas por 
ativação, conseguindo assim obter quantidade suficiente de carvão ativado. As 
concentrações de carbono, hidrogênio e oxigênio antes da ativação são, 
respectivamente, de 48,48%, 5,60% e 45,04%. As concentrações desses 
mesmos elementos, após ativação, são de 85,38%, 1,60% e 11,25%. Portanto, 
observa-se que o carvão ativado produzido possui alto teor de carbono (85,38%). 
Esses valores são decorrentes da ativação física que utiliza altas temperaturas 
(850°C) e do fluxo de CO2, liberando uma maior quantidade de compostos por 
volatilização. Quando comparados aos materiais precursores, nota-se que o teor 
de carbono aumenta e os teores de hidrogênio e oxigênio foram reduzidos nos 
carvões produzidos. Isto ocorre devido à liberação de substâncias voláteis 
durante a pirólise, a qual pode resultar na eliminação dos elementos não 
carbonados (AVELAR et al., 2010) 
 
8.4 CALDEIRAS PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA 
O vapor d’água é utilizado como um meio de gerar, transportar e utilizar 
energia desde os primórdios do desenvolvimento industrial. São inúmeras as 
razões que colaboraram para que seja utilizado essa energia gerada através do 
vapor. Como justificativa, temos que a água é o composto mais abundante na 
terra, o que a torna de fácil obtenção e com custo baixo. Outra característica é 
que na forma de vapor a água tem um alto conteúdo de energia por unidade de 
massa/volume. As relações de temperatura e pressãoque permite a água ser 
uma fonte de calor, são perfeitamente toleráveis a partir da tecnologia disponível. 
(BIZZO, 2003) 
Uma forma de obter vapor d’água nas indústrias são as caldeiras, as 
mesmas podem ser classificadas em dois tipos; as flamotubulares, na qual os 
gases de combustão circulam no interior de tubos, aquecendo e vaporizando a 
água que fica por fora dos mesmos e as aquatubuares, onde são os gases que 
permanecem fora dos tubos e vaporiza a água que está dentro dos mesmos. 
Para esse trabalho, referente à produção de carvão ativado de semente 
de juçara, foi escolhida uma caldeira flamotubular, já que a mesma produção, 
ocorrerá com uma pressão baixa (não superior a 2 bar) e com uma produção 
relativamente baixa, de cerca de 800 kg/h de vapor para alimentação dos fornos. 
45 
 
 
8.4.1. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 
As caldeiras flamotubulares constituem a grande maioria das caldeiras, 
a mesma é utilizada para pequenas capacidades de produção de vapor (da 
ordem de até 10 ton/h), utiliza-se também baixas pressões para operá-las (até 
10 bar), esse valor pode algumas vezes chegar a 15 ou 20 bar. (BIZZO, 2003) 
As caldeiras flamotubulares horizontais são formadas por um vaso de 
pressão cilíndrico horizontal, com dois tampos planos, onde estão fixos os tubos 
e a fornalha. Caldeiras modernas têm diversos passes de gases, sendo mais 
comum uma fornalha e dois passes de gases. A saída da fornalha é chamada 
câmara de reversão e pode ser revestida completamente de refratários ou 
constituída de paredes metálicas molhadas. (BIZZO, 2003) 
Câmara de reversão molhada possui melhor eficiência térmica, pois ela 
é capaz de diminuir a perda de calor para o ambiente, porém as mesmas 
possuem uma construção mais complexa o que as tornam mais caras. (BIZZO, 
2003) 
As fornalhas das caldeiras flamotubulares devem ser dimensionadas 
para que a combustão ocorra completamente no seu interior, para evitar uma 
reversão de chama que possa atingir diretamente os espelhos, o que diminui a 
vida útil da caldeira. A fornalha também é constituída de um corpo cilíndrico e 
está completamente imersa em água. As caldeiras flamotubulares modernas 
possuem combustíveis apenas líquidos ou gasosos, pois para a utilização de 
combustível sólido é necessário a instalação de grelhas, o que é um processo 
de grande dificuldade. (BIZZO, 2003). 
Um fator que implica a grande utilização das caldeiras flamotubulares é 
o seu baixo custo para a produção, se comparado ao custo para produção das 
aquatubulares. Por outro lado, as pressões de trabalhos e a qualidade do vapor 
na condição e saturado são limitados, devido ao grande volume de água que 
acondiciona. (BIZZO, 2003) 
A água acumulada no corpo da caldeira pode funcionar como um pulmão 
de vapor, respondendo a súbitas flutuações de demanda com pouca queda de 
pressão da rede de vapor, sendo adequada, portanto, para aplicações onde o 
consumo é variável. (BIZZO, 2003) 
46 
 
A eficiência térmica dessas caldeiras gira em torno de 80 a 90%, sendo 
difícil alcançar valores maiores, pois para a caldeira é difícil acrescentar algum 
equipamento que possa reintegrar o calor. (BIZZO, 2003) 
Os combustíveis utilizados nas caldeiras flamotubulares modernas são 
de natureza gasosa ou líquida. O mais utilizado e mais adequado para a maioria 
dos processos, é o gás natural. Devido a sua combustão ser limpa, isenta de 
fuligem e outros materiais que prejudicam o meio ambiente. O gás natural 
geralmente apresenta baixos teores de contaminantes como o nitrogênio, 
dióxido de carbono, água e compostos de enxofre, o que o torna o combustível 
fóssil mais limpo entre todos os combustíveis consumidos no mundo. Outro fator 
que torna o gás mais viável é que ele contribui para a redução do desmatamento, 
pois substitui a lenha, e também diminui o tráfego de caminhões que transportam 
óleos combustíveis para as indústrias. (PETROBRÁS, 2009) 
O gás natural apresenta um valor de poder calorífico inferior de 9.400 
kcal/kg, sua massa específica é de 0,7 kg/m3. (CTGAS; CONPET, 2009) 
 
8.5 MEMBRANAS PARA SEPARAÇÃO DE CO2 
A captura e armazenamento do dióxido de carbono é um processo 
promissor para amenizar as concentrações desse gás na atmosfera. Embora 
promissora, a implementação dessa tecnologia deve ser adaptada a depender 
da origem do dióxido de carbono e características da planta já existente. De 
forma geral, a atuação da captura de CO2 pode ser classificada em três principais 
configurações: i) pós-combustão; ii) pré-combustão; e iii) oxicombustão. (LUIS et 
al., 2012) 
A pós-combustão, geralmente utilizada nas termelétricas, busca separar 
e capturar o dióxido de carbono após queimar o combustível. A corrente de 
gases liberada por essa queima apresenta pressão de 1bar, baixa concentração 
de CO2, alta concentração de nitrogênio (N2) e grande volume. Existe a presença 
de outros compostos, como por exemplo, água (H2O), oxigênio (O2), monóxido 
de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOX) e óxidos de enxofre (SOX), porém 
em baixas concentrações, tornando a principal separação entre CO2 e N2. 
(SANTOS; RONCONI, 2013) 
A separação por membrana é uma tecnologia que vem sendo bastante 
utilizada em várias indústrias e setores. Porém, a aplicação dessa tecnologia 
47 
 
para separar CO2 ainda é nova, porque o produto final precisa apresentar alta 
concentração (acima de 90%). No entanto, com as suas características, 
propriedades intrínsecas e diferentes combinações de membranas e processos, 
a tecnologia apresenta grande potencial para reduzir custos e melhorar a 
eficiência para separação de CO2. Algumas das principais vantagens da 
membrana são: i) facilidade de operação, ii) flexibilidade, iii) escalabilidade iv) 
baixo investimento de capital, v) reduzido peso e área ocupada e vi) baixo 
impacto ambiental. (ARAÚJO et al., 2009; MARKEL et al., 2010; SREEDHAR et 
al., 2017; SONG et al., 2018; YANG et al., 2010) 
A separação por membrana, ilustrada na Figura 13, é um processo de 
separação física, onde uma corrente gasosa de alimentação contendo duas ou 
mais substâncias é separado por uma barreira semipermeável, originando duas 
correntes, uma de materiais retidos e outra das substâncias permeadas. (YANG 
et al., 2010) 
Figura 13: Separação por membrana. 
Fonte: KHALIPOUR (2015), modificado. 
 
A separação depende das habilidades de difusão, solubilidade, absorção 
e adsorção de diferentes gases em diferentes materiais. O design apropriado da 
membrana é de extrema importância, uma vez que as propriedades da 
membrana, seletividade, permeabilidade, porosidade e tamanho dos poros, por 
exemplo, vão mudar e, consequentemente, alterar a eficiência do processo 
(SREEDHAR et al., 2017). Na permeação gasosa, a membrana é responsável 
pela separação. Sendo assim, a eficiência do processo tem relação direta com 
as propriedades da membrana, estrutura, espessura e configuração do módulo 
de operação. (LUIS et al., 2012) 
Muitos tipos diferentes de membranas têm sido desenvolvidos para 
separações industriais (ARRUDA, 2018), mas, para a remoção de CO2, o padrão 
48 
 
da indústria é comumente a base de acetato de celulose. Estas membranas são 
do tipo de solução-difusão, em que uma camada fina (0,1 a 0,5 mm) de acetato 
de celulose é sobreposta a uma camada mais espessa de um material de suporte 
poroso. Os compostos permeáveis dissolvem-se na membrana, são difundidos, 
e em seguida, permeiam pelo material de apoio inativo. As membranas devem 
apresentar baixa espessura para maximizar a transferência de massa e, assim, 
minimizar a área ocupada e, logo, os custos. Portanto, requerem camada de 
suporte para proporcionar a resistência mecânica necessária. As configurações 
de membrana comerciais podem ser de elementos de fibras ocas ou folhas 
planas embrulhadas enroladas em espiral. Atualmente, cerca de 80% de 
membranas para separação gasosa são formadas em módulos de