CRV#13 – A perda de massa na carbonização da madeira

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CRV#07 – Teoria da carbonização da madeira

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2 – Conteúdo: Teoria da carbonização da madeira

Introdução sobre carbonização da madeira

Este artigo  tem o objetivo de apresentar aspectos técnicos práticos de produção de carvão vegetal, mais especificamente na fase de carbonização da madeira, explicando fundamento técnicos importantes.

Iremos ter um enfoque na carbonização madeira, mas todos os conceitos aqui discutidos são aplicados a outros compostos orgânicos de constituição química similar a madeira.

Definição de carbonização

A carbonização por definição  é um processo químico de combustão incompleta de determinados sólidos quando submetidos ao calor elevado.

O subproduto desta reação química é chamado de carvão. Chamamos de subproduto pois o principal produto são os gases de carbonização numa relação de 10 kg de “fumaça” para cada kilo de carvão produzido.

Com a ação do calor, a carbonização remove hidrogênio e oxigênio do sólido, de modo que a matéria restante é um composto enriquecido com carbono.

Compostos orgânicos como madeira ou tecido biológico, são exemplos de materiais que podem ser carbonizados.

Carbonização é o resultado de um processo natural que faz o uso do fogo (ou calor) mas de forma controlada com o ar.

Outros aspectos importantes da carbonização da madeira

A carbonização da madeira pode ser também uma reação deliberada e controlada utilizada na fabricação de certos produtos, como o alcatrão e o licor pirolenhoso.

Estes produtos são obtidos a partir do resfriamento e da condensação da “fumaça” da que podem ter utilidades específicas como aromas e químicos específicos.

O mecanismo de carbonização é a fase precursora da queima normal de certos combustíveis sólidos tais como madeira.

A carbonização da madeira converte o material sólido em gás que na maioria das vezes é imediatamente “queimado” finalizando o processo com a combustão.

Durante a combustão normal, os compostos voláteis criados na fase precursora de carbonização da madeira e ou pirólise são consumidos para as chamas dentro do fogo.

Quando o material já é enriquecido com carbono o o carvão vegetal a combustão pode ser vista perla incandescência vermelha (ou brasas) que queimam sem a presença de chamas.

Todo o processo de carbonização da madeira  tem sido alvo de inúmeras pesquisas para conhecimento dos mecanismos e processos que levam à transformação da madeira em carvão.

Mais detalhes sobre carbonização

Quando se coloca uma peça de madeira sob a ação do calor, ocorre a destruição de seus principais componentes, resultando na formação de carvão e diversos outros compostos, dos quais mais de 200 já foram identificados.

Para explicar como ocorre a formação desses componentes, e quais são os mecanismos e reações que acontecem durante a carbonização, têm-se desenvolvido vários modelos.

A carbonização da madeira é um processo que depende do tempo e da temperatura.

Assim, pode-se dizer que a formação de “tiços” durante o processo se dá provavelmente pela não exposição da peça de madeira à temperatura durante um tempo adequado, gerando, assim, zonas não pirolisadas.

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CRV#05 – Tamanho das peças de madeira para carvão

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Quando falamos de tamanho das peças de madeira estamos nos referindo ao diâmetro e comprimento da madeira ou outro tipo de biomassa a ser carbonizada.

2 – Conteúdo: Influencia do tamanho das peças na produção de carvão vegetal

Diâmetro das peças de madeira e a influencia no carvão

Em termos de diâmetro, qualquer peça de lenha pode ser carbonizada.

Por razões de qualidade do carvão produzido, o diâmetro ideal para carbonização está entre 10 e 20 cm.

Diâmetros maiores do que 20 cm podem tornar o carvão muito quebradiço, além de dificultar o manuseio da peça.

Diâmetros menores do que 10 cm:

  • Dificultam o arranjo das peças dentro do forno;
  • Aumentam o tempo de enchimento com:
    • consequência do aumento do custo da mão-de-obra ou
    • consequência do aumento da mecanização do processo de produção de carvão vegetal.

O comprimento das peças de madeira e a influencia no carvão

Geralmente quanto ao comprimento da madeira, ela deve estar de acordo com o tamanho do forno ou das recomendações da tecnologia empregada.

Em termos de comprimento da madeira, geralmente existe mostraram uma correlação positiva entre comprimento das peças e geração de finos.

Ou seja quanto mais comprida a peça de madeira mais finos é produzido no processo de pordução de carvão vegeta.

É bastante comum o aparecimento de trincas na região central do carvão. Principalmente os de grande diâmetro.

As trincas e fissuras internas do carvão vegetal  são originadas de zonas de concentrações de tensão na madeira, ocasionada pela grande impermeabilidade da região central (cerne) das peças.

Essa impermeabilidade é devida geralmente ao acúmulo de resinas nas cavidades da fibra comuns do cerne da madeira.

Diâmetro e comprimento das peças de madeira maiores proporcionam um carvão mais friável.

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CRV#03 – A densidade da madeira para carvão vegetal

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2 – Conteúdo Escrito – Densidade da madeira para produzir carvão

Clique aqui para acessar um conteúdo épico de como fazer carvão vegetal.

Podemos conceituar a densidade como quantidade de massa, expressa em peso, contida na unidade de volume.

Em se tratando de madeira, a densidade pode ser:

  • absoluta, expressa em g/cm3 ou Kg/m3,
  • ou relativa, quando comparada com a densidade absoluta da água destilada, insenta de ar, à temperatura de 3,98oC, com densidade de 1,0 g/cm3.

QUADRO 1- Classificação da densidade da madeira de acordo com o FOREST PRODUCTS LABORATORY (1974).

Intervalos de densidade (g/cm3) Tipo de madeira
– a 0,20 extremamente leve
0,20 a 0,25 excessivamente leve
0,25 a 0,30 muito leve
0,30 a 0,36 leve
0,36 a 0,42 moderadamente leve
0,42 a 0,50 moderadamente pesada
0,50 a 0,60 pesada
0,60 a 0,72 muito pesada
0,72 a 0,86 excessivamente pesada
0,86 em diante extremamente pesada

A madeira é um material poroso e o valor numérico da densidade depende da inclusão ou não do volume de poros.

Se a determinação do volume incluir o volume dos poros, obter-se-à, a densidade aparente;

Se a determinação do volume não incluir o volume dos poros, obtêm-se a densidade real ou verdadeira, o que corresponde à densidade da parede celular, cujo valor é igual a 1,53 g/cm3, independente da espécie.

A densidade da madeira e o carvão vegetal

A densidade da madeira é um dos índices mais importantes a ser considerado dentre as diversas propriedades físicas da madeira, pois além de afetar as demais propriedades interfere de forma significativa na qualidade de seus derivados, principalmente o carvão vegetal.

A densidade da madeira, bem como as demais propriedades, varia de uma espécie para outra, dentro da mesma espécie e na direção radial e axial de uma mesma árvore.

As variações da densidade são resultantes das diferentes espessuras da parede celular, das dimensões das células, das inter-relações entre esses dois fatores e da quantidade de componentes extratáveis presentes por unidade de volume.

Outros fatores além da densidade que devem ser considerados para produzir carvão vegetal

A densidade, porém não deve ser considerada como um índice isolado de qualidade da madeira.

A composição química e as características anatômicas são fatores que devem ser também considerados

Na produção de carvão vegetal, a densidade deve ser encarada sob vários aspectos, sendo que várias considerações podem ser feitas em torno dela.

A densidade da madeira afeta a capacidade de produção de carvoaria, porque para um determinado volume de forno a utilização de madeira mais densa resulta em maior produção em peso.

Além disso, madeira mais densa produz carvão com densidade mais elevada, com vantagens para alguns de seus usos.

Algumas correlações entre a densidade de madeira e outros parâmetros anatômicos e químicos para produção de carvão, são importantes e destacamos o seguintes:

  • À medida que se aumentam os teores de lignina e de extrativos aumenta-se proporcionalmente a densidade.
  • Madeiras mais porosas produzem carvão de maior porosidade e madeiras mais densas produzem carvão mais denso.

Estas correlações são importantes, pois ajudam a selecionar a madeira e tomar os devidos cuidados no manejo da madeira a ser utilizada para produzir carvão.

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CRV#01 – O que é carvão e carbonização

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O que é Carvão Vegetal

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O carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor.

Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de madeira, como o carvão vegetal, ou…

Originar-se de um longo processo natural, denominado encarbonização.

A encarbonização é o processo  pelo quais substâncias orgânicas, principalmente vegetais, são submetidas à ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral.

Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.

Definindo carbonização

A carbonização é um processo conhecido há pelo menos 10.000 anos, porém este processo evoluiu muito pouco.

A carbonização pode ser definida como o processo cujo objetivo é aumentar o teor de carbono fixo na madeira por meio de tratamento térmico.

Para que isso aconteça, é necessária a ocorrência de vários processos, tanto físicos como químicos.

O processo de carbonização pode ser entendido ao se estudar o comportamento dos três principais componentes da madeira:

  • A celulose,
  • As hemiceluloses e
  • A lignina.

Compreendendo o comportamento desses componentes, é possível compreender como se realiza a carbonização.

O que é obtido na carbonização da madeira

Durante o processo de carbonização da madeira, o carvão é apenas uma fração dos produtos que podem ser obtidos.

Caso sejam utilizados sistemas apropriados para a coleta, também podem ser aproveitados:

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