CRV#11 – Curva de Carbonização da Madeira

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Curva de Carbonização da Madeira

Como explicado anteriormente, o comportamento da madeira ao ser carbonizada pode ser explicado pelo comportamento de seus principais componentes numa curva de carbonização.

Cada um deles participa de maneira diferente gerando diferentes produtos, devido à natureza de sua composição química.

A medição da perda de peso ocorrida com a carbonização da madeira e seus componentes isoladamente é uma técnica de grande importância para identificar as etapas que ocorrem durante o processo de carbonização da madeira

Celulose e sua curva de carbonização

A degradação da celulose se processa rapidamente em um curto intervalo de temperatura – cerca de 50oC, quando alcança temperatura acima de 300 graus celsius numa curva de carbonização típíca.

Acima de  – provocando drásticas mudanças no seu comportamento, com a perda de cerca de 77% do seu peso.

Hemiceluloses e sua curva de carbonização

As hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas a 225oC, sendo o componente menos estável da madeira, uma vez que a sua degradação é quase completa na temperatura de 325oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor.

A lignina é o componente químico da madeira mais importante quando se objetiva a produção de carvão vegetal,

O rendimento gravimétrico do processo está diretamente relacionado com o conteúdo de lignina na madeira.

Lignina e sua curva de carbonização

Esse componente começa a degradar-se em temperaturas mais baixas, a partir de 150oC, ao contrário da celulose e das hemiceluloses, cuja degradação é mais lenta.

A lignina continua perdendo peso em temperaturas superiores a 500oC, dando como resultado um resíduo carbonoso.

Definindo zonas da curva de carbonização

Os fenômenos da carbonização pode ser divididos em zonas da seguinte maneira (curva de carbonização):

  • Zona A: até 200oC, é caracterizada pela produção de gases não condensáveis, tais como vapor d’água, CO2, ácido fórmico e acético. Nesta fase temos natureza endotérmica (grande consumo de energia)
  • Zona B: Compreendida na região de temperatura entre 200 e 280o Nesta zona são produzidos os mesmos gases da Zona A. Neste caso, há diminuição substancial no vapor d’água e aparecimento de CO. As reações que acontecem nesta região são de natureza endotérmica também
  • Zona C: de 280 a 500o A carbonização ocorre por meio de reações exotérmicas. A temperatura a que as reações exotérmicas ocorrem não está bem identificada. Os produtos obtidos nesta etapa são sujeitos a reações secundárias, incluindo combustíveis e alcatrão, CO e CH4.
  • Zona D: acima de 500o Nesta região já existe o carvão. Aqui acontecem várias reações secundárias, catalisadas pelo leito de carbonização.

Detalhando a curva de carbonização

Klason e colaboradores amais de 3 décadas, fizeram a primeira tentativa de elaborar uma equação química para explicar o processo de carbonização à temperatura de 400oC. A equação é a seguinte:

2C42H66O28  ==>  3C16H10O2  + 28H2O + 5CO2 + 3 CO + C28H46O9

Essa equação genérica não contém todos os produtos obtidos na destilação da madeira e, devido ao agrupamento dos condensáveis em um só composto, não permite a identificação das quantidades de alcatrão e de ácido pirolenhoso.

Outros componentes do carvão, como teor de umidade, cinzas e materiais voláteis, tampouco são abordados. O quadro 2, ilustra a evolução da carbonização (curva de carbonização) em termos de produtos obtidos em temperaturas crescentes de carbonização

Quadro – Evolução teórica da carbonização

Parâmetros Secagem Gases oxigenados Início da fase dos hidro-carbonetos Fase dos hidro-carbonetos Dissociação e contração Fase do H2
Temperatura (oC) 150-200 200-280 280-380 380-500 500-700 700-900
Teor de carbono fixo (% B.S.) 60 68 78 84 89 91
GNC (% B.S.)

CO2

CO

H2

Hidrocarbonetos

 

68

30

2

 

66,5

30

0,2

3,3

 

35,5

20,5

6,5

37,5

 

31,5

12,3

7,5

48,7

 

12,2

24,6

42,7

20,5

 

0,5

9,7

80,9

8,9

PCI dos GNC (kcal/m3) 1000 1210 3920 4780 3680 3160

curva de carbonização

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CRV#09 – Carbonização das hemiceluloses da madeira

Vídeo Aula Curso Carvão

Professor: Daniel Barcellos

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Carbonização das hemiceluloses da madeira

As hemiceluloses referem-se a uma mistura de polímeros de hexoses, pentoses e ácidos urônicos, que podem ser lineares ou ramificados, são amorfo e possuem peso molecular relativamente baixo.

A hemicelulose é uma estrutura bem menor que a celulose, são também unidades de glicose ligadas, mas são ramificadas e não taõ rigidas.

Imagine as hemiceluloses como “o chapisco de um muro ou um reboco fraco”.

As hemiceluloses constituem o componente da madeira responsável pela formação da maior parcela de ácido acético.

São estrutura com menor grau de polimerização, enquanto a celulose chega a ter 10.000 unidades de glicose ligadas, a hemicelulose tem em torno de 300 unidades.

Como já mencionado, são mais de 200 compostos que saem da fumaça da carbonização da madeira e o ácido acético é um deles.

Hemiceluloses o menos estável componente

É o componente da madeira menos estável, devido à sua natureza amorfa.

O fornecimento de calor ao processo produzirá uma mudança brusca no comportamento das hemiceluloses.

Pelo menos no que se refere ao rendimento em carvão, ela sofrerá grandes mudanças com a ação do calor.

Na temperatura de 500 oC o rendimento em carvão é apenas 10%.

Os produtos da carbonização das hemiceluloses formados a 300 oC, quando submetidos a temperaturas mais altas, irão sofrer mudanças radicais.

Os componentes da hemicelulose se decompõem e volatilizam muito facilmente.

As hemicelulose se tornarão líquidos

A maior parte dos voláteis das hemiceluloses irão se condensar, formando a maior dos líquidos condensados.

O baixo rendimento em carvão a 500 oC (10% apenas) mostra que na carbonização das hemiceluloses também contribuem pouco para a formação de carvão no processo de carbonização da madeira.

Importante ressaltar que na carbonização das hemiceluloses produzem a maior parte dos líquidos e vapores da carbonização da madeira.

Isso acontece porque a destruição da hemicelulose acontece em temperaturas “baixas”, gerando compostos que ao resfriarem se tornam líquidos.

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CRV#07.1 – Teoria da carbonização da madeira – Termogravimetria e Termodiferenciação

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2 -Termodiferenciação e Termogravimetria na carbonização da madeira

As análises, termogravimétrica e termodiferencial têm sido frequëntemente usadas nos estudos de decomposição térmica da madeira.

Muitos destes estudos são voltados em como fazer carvão vegetal.

Análise termográvimétrica

A análise termogravimétrica mostra como a madeira se comporta quando aquecida.

A termogravimetria permite verificar em que temperatura é iniciada a decomposição térmica e em que faixa de temperatura a decomposição térmica é mais pronunciada.

De forma simples é como se colocássemos uma balança embaixo de um forno e fossemos pesando a madeira a medida que sua temperatura é elevada.

Quanto mais aquecemos a madeira menor será o seu peso.

A massa de madeira é diminuída pela saída de gases e vapores geradas pela elevação da temperatura, processo que acontece com a carbonização da madeira

Análise termodiferencial

A análise termodiferencial torna possível a identificação dos picos e, ou das faixas de ocorrência das reações endotérmicas e exotérmicas do processo.

A reação endotérmica é reação de consumo de energia (calor).

A reação exotérmica é uma reação de liberação de energia (calor).

Na produção de carvão vegetal ocorre estas duas reações em momentos distintos.

As reações endotérmicas ocorrem predominantemente no começo do processo de carbonização da madeira.

As reações exotérmicas ocorrem predominantemente no final do processo de carbonização da madeira.

Esta análise é muito importante para identificar os momentos em que ocorre liberação de energia tornando o processo autossuficiente.

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