Influência das propriedades e da classe diamétrica de clones de Eucalyptus e Corymbia na dinâmica de resfriamento do carvão vegetal

Abstract

O resfriamento dos fornos de carvão vegetal é crítico, pois pode consumir mais de 70% do tempo total do ciclo de carbonização. Dessa forma, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência do diâmetro e das propriedades da madeira e do carvão vegetal de clones de Eucalyptus (Híbrido espontâneo de Eucalyptus urophylla e Eucalyptus urophylla x Eucalyptus sp.) e Corymbia (Corymbia citriodora x Corymbia torelliana) no processo de resfriamento. Para a carbonização foram utilizadas madeiras de 30 cm de comprimento em diferentes classes de diâmetro (9, 11 e 13 cm). O monitoramento da temperatura foi feito por meio de termopares dispostos longitudinalmente e radialmente na madeira. A madeira e o carvão vegetal do clone AEC 0043 tiveram os maiores tempos de carbonização e de resfriamento, resultando em um incremento médio de 14,52% no tempo total de ciclo com o aumento da classe de diâmetro. Em carvões vegetais mais porosos, a troca de calor tendeu a ser menor do que em carvões vegetais mais densos. Porém, maiores quantidades de massa no interior do reator de carbonização, ou seja, maiores quantidades de energia a ser removida, diminuíram a capacidade de dissipação da energia térmica. Independente do material genético ou do diâmetro, o resfriamento seguiu o mesmo comportamento de decaimento de temperatura em função do tempo, sendo explicado por um único modelo polinomial de segundo grau e obteve-se uma redução média de 89,5 ± 0,5% da energia térmica contida no carvão vegetal ao final da carbonização. Do início ao final do resfriamento, a diferença de temperatura no sentido radial foi 2,3 vezes menor do que no sentido longitudinal. As principais propriedades da madeira que afetaram as taxas de aquecimento e de resfriamento foram o teor de umidade, a densidade básica, a composição química estrutural, a relação cerne/alburno e a permeabilidade. Para o carvão vegetal, foram a porosidade e a densidade aparente. Assim, concluiu-se que os menores tempos de resfriamento ocorreram nas menores classes de diâmetro e para os clones de Eucalyptus. Palavras-chave: Curvas de carbonização. Transferência de calor. Porosidade. Fluxo de energia.

The cooling stage of charcoal kilns is critical because it can consume more than 70% of the total carbonization cycle time. Therefore, the objective of this research was to assess the influence of the diameter and properties of wood and charcoal from Eucalyptus clones (spontaneous hybrid of Eucalyptus urophylla and Eucalyptus urophylla x Eucalyptus sp.) and Corymbia (Corymbia citriodora x Corymbia torelliana) on the cooling process. For carbonization, which was conducted in a muffle furnace, wood pieces measuring 30 cm in length with different diameter classes (9, 11, and 13 cm) were used. Temperature monitoring during carbonization and cooling was carried out using thermocouples placed longitudinally and radially in the wood. Wood and charcoal from clone AEC 0043 had the longest carbonization and cooling times, resulting in an average increase of 14.52% in the total cycle time with an increase in diameter class. In more porous charcoal, heat exchange tended to be lower than in denser charcoal. However, larger quantities of mass inside the carbonization reactor, meaning more energy to be removed, reduced the capacity to dissipate thermal energy. Regardless of the genetic material or diameter, cooling followed the same temperature decay behavior over time, explained by a single second-degree polynomial model, and an average reduction of 89.5 ± 0.5% of the thermal energy contained in the charcoal was obtained at the end of carbonization. From the beginning to the end of cooling, the temperature difference in the radial direction was 2.3 times smaller than in the longitudinal direction. The main wood properties that affected heating and cooling rates were moisture content, basic density, structural chemical composition, heartwood/sapwood ratio, and permeability. For charcoal, it was porosity and bulk density. Thus, it was concluded that shorter cooling times occurred in smaller diameter classes and for Eucalyptus clones. Keywords: Carbonization curves. Heat transfer. Porosity. Energy flux.