FORNO DE CARVÃO: Como construir e adaptar para uma produção ecológica

Neste artigo épico você irá aprender algumas dicas essenciais de como construir um forno de carvão.

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Escrito por : Daniel Camara Barcellos email: daniel.barcellos@live.com
 

O que é um forno de carvão?

Um forno de carvão é um equipamento utilizado para converter biomassa (madeira ou outro material lignocelulósico) em carvão vegetal.

Existem inúmeros modelos de fornos de carvão:

  • Temos os famosos fornos circulares geralmente apelidados de “forno rabo quente.”
  • Temos os famosos fornos retangulares comumente usados em larga escala produtiva
  • Temos o famoso forno container que foi o primeiro forno que permitiu a queima de fumaça de carbonização no Brasil
  • Temos o promissor forno isomóvel que é uma tecnologia híbrida com unidades comerciais em andamento.
  • Temos ainda outros fornos famosos como DPC, Ondatec, retorta contínua, etc.

O forno de carvão podem ser classificado no grupo dos fornos de alvenaria tradicionais ou no grupo das novas tecnologias promissoras

Detalhes sobre os modelos de forno de carvão de alvenaria podem ser vistos no artigo como é produzido carvão vegetal em fornos de alvenaria.

O forno de carvão de alvenaria representa atualmente mais de 95% da base produtiva brasileira.

As tecnologias promissoras de forno de carvão que se estendem além dos tradicionais fornos de alvenaria podem ser vistas no artigo Fábrica de carvão ecológica do futuro: Como Será?

Como deve ser um forno de carvão ecológico?

O forno de carvão ecológico deve possibilitar a captura dos gases de carbonização facilmente.

O arranjo dos fornos de carvão ecológico em uma praça deve ser planejado em torno de um equipamento denominado queimador de fumaça.

No artigo como projetar uma queimador de fumaça apresento a você um passo passo essencial para ter uma unidade ecológica de carvão eficiente.

O forno de carvão deve ter um controle operacional eficiente e simples.

O forno de carvão ecológico deve ser construído com materiais adequados.

A carbonização da madeira é um processo complexo e o forno de carvão deve ser capaz de resistir às grandes variações inerentes do próprio processo.

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As ETAPAS CONSTRUTIVAS de um forno de carvão ecológico

O forno de carvão precisa ser construído a partir de alguns preceitos e conceitos.

Passo 01 – Ter o PROJETO EXECUTIVO do seu forno de carvão ecológico

O primeiro passo para construir um forno de carvão ecológico é ter o projeto executivo em mãos

Pode ser um modelo simples como um forno de carvão circular de alvenaria ou  um modelo complexo como o forno de carvão tipo container.

Com o projeto executivo do forno de carvão fica fácil de passarmos para o próximo passo que é o de estabelecermos um cronograma de implantação.

No projeto executivo é necessário alguns detalhes que chamo a atenção a você aqui:

  1. Um modelo de forno de carvão ecológico tem que estar preparado para receber tecnologias acessórias como resfriadores, secadores ou mesmo automação dentre outras tecnologias
  2. Um forno de carvão ecológico tem que ter facilidade de resfriamento.
  3. Um forno de carvão ecológico tem que ter capacidade de suportar variações de umidade da matéria prima.
  4. Um forno de carvão ecológico tem que ter facilidade de captação de gases e facilidade de controle da carbonização.

São detalhes que precisam estar no projeto e que permitem irmos para o próximo passo que é…

Passo 02 – Ter um CRONOGRAMA EXECUTIVO dos fornos de carvão

Alguns modelos de forno de carvão são construídos muito rapidamente.= outro nem tanto.

Quando a quantidade de fornos de carvão é grande, usar gabaritos construtivos é uma excelente idéia.

Ter o cronograma executivo com a lista de materiais construtivos e os tempos construtivos de cada forno de carvão é importante.

Todo forno de carvão terá uma sequência óbvia construtiva:

  1. Preparo do piso
  2. Fundação
  3. Estruturas de suporte lateral
  4. Controladores de ar (Câmaras, mini câmaras, tatus), etc.)
  5. Parede (sistema isolante)
  6. Copa
  7. Porta
  8. Chaminé de fumaça de carbonização

Independente do modelo ele deve estar inserido dentro do modelo de fábrica de carvão ecológico escolhido.

Leia o artigo como construir uma fábrica de carvão ecológica do zero para ter mais detalhes sobre implantação construtiva de fornos de carvão.

Passo 2B – Implantação dos FORNOS DE CARBONIZAÇÃO da sua fábrica de carvão  

Agora chegou o momento chave: construir seu primeiro forno de carvão ecológico.

Independente da tecnologia de forno adotada alguns cuidados devem ser tomados na implantação de cada modelo de forno.

Conforme artigo como construir uma fábrica de carvão do zero alguns pontos básicos já estarão resolvidos a saber:

  1. Piso nivelado e compactado permitindo a construção sobre uma estrutura rígida
  2. Drenagem adequada que protege e facilita a execução das atividades mesmo em períodos chuvosos
  3. Rede hidráulica instalada que permite o fornecimento de água para preparo das argamassas dos fornos e suas estruturas de suporte
  4. Rede elétrica  que permite o uso de equipamentos como betoneiras e outros equipamentos elétricos.
  5. Formas que ajudam e aceleram a execução construtiva dos fornos.

Sendo que o primeiro cuidado é…

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Passo 3 – Implantação da fundação de um forno de carvão

A execução da fundação de um forno de carvão é um ponto chave.

Teremos diferentes modelos de fundação em função dos diferentes modelos de um forno de carvão

No caso de um forno de carvão modelo retangular seria bom contratar uma empresa de engenharia com experiência para fornecer o projeto de acordo com o tamanho do equipamento e tipo de solo.

Solos arenosos irão definir um modelo diferente de fundação para solos argilosos, então bastante atenção a este ponto.

No caso de um forno de carvão de alvenaria modelo circular, a fundação é muito simples e quando é um modelo de pequenas dimensões, basta nivelamento e compactação do solo.

A base pode ser feita neste modelo circular com os próprios tijolos de alvenaria.

No caso do forno container e forno isomóvel dependerá das dimensões  do forno, e um projeto mais detalhado executivo deve ser exigido do fornecedor.

Mas lembre-se de uma coisa, independente do forno a fundação deve ser muito bem projetada e construída.

A sequência padrão de implantação da fundação de um forno de carvão é:

  1. Marcação de toda a fundação do forno (sapatas e vigas)
  2. Nivelamento com mangueira de nível das sapatas
  3. Escavação do piso um pouco além da profundidade especificada no projeto
  4. Compactação o fundo da sapata escavada com compactador vibratório
  5. Colocação pedras marroadas de grandes dimensões até a altura de referência do projeto como um reforço de fundação.
  6. Colocação do projeto de aço (amarração) conforme especificação do projeto
  7. Concretagem da fundação.
  8. Escavação e concretagem das vigas de amarração das sapatas.

Com a fundação de um forno de carvão pronta vamos para o’próximo passo que é

Passo 4 – Implantação das estruturas de um forno de carvão

As estruturas de um forno de carvão consistem dos pilares, vigas e amarrações que garantem a forma do seu equipamento.

Em praticamente qualquer modelo de forno de carvão a ser utilizado na sua fábrica de carvão existe uma regra de ouro

A regra de ouro éos elementos estruturais (vigas pilares, amarrações, etc.)  devem se localizar predominantemente nas faces externas do equipamento.

Ao localizar estruturas de amarração externamente você diminui o efeito do calor, dos vapores ácidos da carbonização, dos gases não condensáveis de carbonização e gases de combustão que poderiam deteriorar rapidamente a estrutura do equipamento.

Concreto e aço são geralmente passivos de deterioração rápida em contato com o processo de carbonização e quase sempre estes materiais são estruturais.

A externalização de estruturas garante aumento de vida útil considerável nestas partes.

Se possível deve haver algumas conexões externas de ajuste como roscas para reforçar travamentos específicos do forno de carvão.

Estruturar de forma INTELIGENTE um forno de carbonização na sua fábrica de carvão é essencial para estender a vida útil do equipamento.

Com a estrutura da fundação de um forno de carvão vamos para o proximo passo que é…

Passo 5 – Implantação do sistema de isolamento de um forno de carvão

O sistema de isolamento de um forno deve ser suficiente para evitar perda de calor durante a fase de carbonização.

No caso de fornos de carbonização com sistema de isolamento de alvenaria nós temos referências de mercado com uma boa eficiência para:

  • Parede de ½ tijolo cerâmico (10 cm)  para pequenos fornos de até 3,5 metros de diâmetro em fornos circulares
  • Parede de 1 tijolo cerâmico (20 cm) para fornos acima de 3,5 metros de diâmetro de diâmetro na parede e ½ tijolo (10 cm) para a copa do forno para fornos circulares.
  • Parede de 1 tijolo cerâmico (20 cm) para fornos retangulares, tanto na parede quanto na copa para fornos retangulares
  • Parede de 1 ½ tijolo cerâmico (30 cm) na base de fornos retangulares de maior porte até 50% da sua altura e o restante do forno com 1 tijolo cerâmico para fornos retangulares

Existem opiniões divergentes quanto a amarração dos tijolos nos fornos de carvão de alvenaria, logo recomenda-se bom senso neste quesito e consulta de profissionais com experiência

No caso de fornos metálicos ou híbridos como isomóvel e container o sistema de isolamento pode ser fibra cerâmica, lã de rocha ou vidro, ou outro material inerte.

Para todos os casos a temperatura do forno na sua face externa na fase mais quente não deve ultrapassar valores na superfície acima de 50-60 graus celsius na sua fase final de carbonização.

Caso contrário a perda de calor irá refletir em redução no rendimento em carvão e irá prejudicar a conversão final da sua fábrica de carvão.

Com o seu sistema de isolamento do forno de carvão implantado vamos ao próximo passo que é…

Passo 6 – Implantação da porta do forno de carvão

Na sua fábrica de carvão as portas do seu equipamento são pontos críticos.

Quase sempre a vida útil de uma porta é bem inferior a vida útil do sistema de isolamento de um forno.

Isso acontece por dois motivos:

  1. É uma parte móvel e partes móveis tendem a naturalmente durar menos tempo devido a movimentação que gera esforços físicos de tração, compressão e flexão.
  2. É um parte sujeita a entrada de ar que provoca zonas de combustão (temperatura de 800-1000 graus celsius) versus as temperaturas médias de carbonização no forno (temperatura no máximo de 400 graus celsius).

As portas de um forno de carvão podem ser:

  • Metálicas estruturadas
  • Metálicas revestidas com concreto refratário
  • Metálicas revestidas com fibra cerâmica
  • Concreto leve com argila expandida

As portas tendem também a ter um custo elevado no orçamento global de um forno, mas esteja atento a ter um projeto de qualidade e com custo acessível em função da tecnologia.

Na sua fábrica de carvão é bom ter algumas portas reservas para substituição rápida em caso de problemas.

Existem duas linhas: ter portas de baixo custo com substituição frequente ou portas de alto custo com baixo percentual de substituição.

Isso dependerá da sua análise de custo e benefício.

Com suas portas instaladas no forno de carvão o próximo passo é…

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Passo 7 – Implantação dos sistemas de entrada de ar e saída de fumaça do forno de carvão.

Em cada forno de carvão a condução da carbonização acontece pelos sistemas de entrada de ar e saída de gases de carbonização (chaminé).

Cada válvula de entrada de ar no forno é um ponto crítico.

Essa válvula de entrada de ar pode estar na forma de uma câmara, mini câmara ou tatu para fornos de alvenaria e modelos como isomóvel.

No caso de forno container a entrada de ar acontece na tampa inferior do equipamento.

O fato de ser uma entrada de ar gera as chamadas zonas de combustão que elevam a temperatura a cerca de 800-1.000 graus celsius.

São literalmente zonas de “maçarico” que precisam de materiais construtivos mais nobres como tijolos refratários e/ou aços especiais (se metálicos).

Essas regiões precisam também de uma manutenção maior assim como a porta de forno de carvão.

Importante na sua fábrica de carvão ter estoque de peças ou materiais para manutenção destas regiões regularmente.

O mesmo se aplica a chaminé, mais com um grau de degradação inferior aos das entradas de ar.

A chaminé deve ter as dimensões adequadas ao projeto, permitir fácil limpeza e fácil substituição de peças.

Um problema comum em chaminés é entupir com alcatrão.

Comumente vi ao longo dos meus anos como profissional problemas frequentes de chaminés de um forno de carvão subdimensionadas.

Tanto as entradas de ar quanto às saídas de fumaça devem estar pré-dispostas a poder receber tecnologias de automação que deve muito em breve começar a atuar de forma consistente nas fábricas de carvão vegetal.

Conclusões

Chegamos ao fim de mais um artigo épico, você pode rapidamente aprender sobre como construir um forno de carvão de maneira clara e prática.

Lembre de sempre checar os 07 passos na construção de um forno de carvão

  1. Projetos executivos
  2. Cronograma executivo
  3. Fundação do forno
  4. Estruturas de suporte
  5. Isolamento térmico
  6. Portas
  7. Entradas de ar e saída de gases

No entanto o próximo passo é operar de forma eficiente seu forno de carvão.

Iremos lhe ensinar nos próximos artigos e vídeos produzidos como fazer carvão vegetal em diferentes tecnologias.

Iremos dar dicas em como operar um forno de carvão:

  • Com exaustão forçada
  • Com tatus e mini câmaras
  • Com câmaras
  • Outros métodos

Se você tem gostado dos nossos posts não deixe de saber mais sobre….

Informações sobre a Fórmula da Carvoaria Perfeita

Sobre o Autor

Daniel Camara Barcellos,é especialista em Energia de Biomassa e têm estudado a melhor forma de AJUDAR PESSOAS  a projetarem construírem e operarem unidades ecológicas de carvão vegetal.

Engenheiro Florestal formado na Universidade Federal de Viçosa com especialização em Fontes Alternativas de Energia, Mestrado e Doutorado em Energia de Biomassa.

NOS ÚLTIMOS 20 ANOS já ajudou inúmeras empresas e pessoas a desenvolverem e instalarem unidades ecológicas de carvão vegetal.

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Sobre a Fórmula da Carvoaria Perfeita

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A Fórmula da Carvoaria Perfeita é um treinamento avançado que objetiva treinar pessoas para se tornarem “Experts” em produção de carvão ecológico e se tornarem conhecedores da sabedoria da FÓRMULA ECOLÓGICA DE PRODUÇÃO CARVÃO VEGETAL.

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