O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo, entretanto, a maioria da produção é realizada em fornos de alvenaria rudimentares, de pequenas dimensões que, geralmente, não ultrapassam os 12m3 de volume interno. Estes fornos são pouco engenheirados e utilizam pouca ou nenhuma tecnologia, o que reflete numa produtividade aquém do potencial de um carvão vegetal muito heterogêneo. Nesta transformação da madeira em carvão nos fornos de alvenaria está presente uma marcante dicotomia aonde, em uma primeira etapa, é necessário o aquecimento e a retenção do calor e, posteriormente, a dissipação da energia contida no sistema para retirada da carga produzida, o que acaba por elevar o tempo de produção e, consequentemente, reduzir a produtividade. É importante ressaltar que nesta fase inicial, da conversão propriamente dita, existe pouca ou nenhuma margem para redução de tempo, uma vez que é mais dependente das características da matéria-prima, visando assegurar a qualidade do produto final. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi desenvolver um novo forno experimental de alvenaria para produção de carvão vegetal que proporcionasse ciclos mais curtos, elevando a produtividade e, simultaneamente, assegurando a qualidade do carvão. Assim, o foco da pesquisa foi dado a etapa de resfriamento, tendo sido traçadas estratégias para acelerar o arrefecimento do carvão vegetal que, neste caso, foi efetuado externamento ao forno, o disponilizando mais rapidamente para o início de novo ciclo produtivo. O forno possibilitou a rápida remoção do carvão ainda aquecido, direcionando-o a um container metálico que, por sua vez, promoveu o resfriamento acelerado da carga de carvão produzida. O sistema desenvolvido possibilitou uma diminuição significativa do tempo da carbonização, reduzindo a etapa de resfriamento a apenas 2 horas no interior do forno e 10 horas no container. O carvão produzido apresentou características adequadas tanto para o uso siderúrgico quanto para cocção de alimentos. Além disso, o forno desenvolvido demonstrou melhor desempenho econômico quando comparado ao forno circular de superfície, apresentando viabilidade nos dois cenários analisados. / Brazil is the largest producer and consumer of charcoal in the world, however, most of the production is carried out in rudimentary masonry kilns, of small dimensions that generally do not exceed 12m3 of internal volume. These kilns are poorly engineered and use little or no technology, which reflects a productivity below the potential of a very heterogeneous charcoal. In this transformation of the wood into charcoal in the masonry kilns, there is a marked dichotomy in wich, in a first step, heating and retention of the heat is necessary and, subsequently, the dissipation of the energy contained in the system to remove the cargo produced, which ends up raising production time and, consequently, reducing productivity. It is important to emphasize that in this initial phase, the conversion itself, there is little or no margin for reducing time, more subordinate to the characteristics of the raw material, and also aims to ensure the quality of the final product. In this context, the objective of this research was to develop a new masonry experimental kiln for the production of charcoal which contemplates shorter cycles, raising productivity and, simultaneously, ensuring the quality of the charcoal. Thus, the research focus was given to the cooling phase, and strategies were developed to accelerate the cooling of the charcoal, which, in this case, was externalized to the kiln, making it available more quickly for the beginning of a new productive cycle. The kiln allowed the rapid removal of the still heated charcoal, directing it to a metal container which promoted the accelerated cooling of the charcoal produced. The developed system made possible a significant reduction of the carbonization time, reducing the cooling stage to only 2 hours inside the kiln and 10 hours in the metalic container. The charcoal produced had adequate characteristics for both steel use and food cooking. In addition, the developed kiln showed a better economic performance when compared to the circular surface kiln, presenting viability in both analyzed scenarios.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Wood carbonization process releases a large amount of non-condensable gaseous waste. In its composition, also called as biogas, three components can be highlighted: methane (CH4), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2), these are the elements responsible for accelerating of the greenhouse effect. Biogas is usually discarded without having any kind of recycling. That can be an important alternative for financial gain when it is reinserted into the process or even used as a fuel. Moreover, when burned, it can reduce significantly the environmental impacts. An analytic equation of chromatographic calibration was developed in this study. Also a heating curve was created capable to reproduce a carbonization process of industrial wood in laboratorial conditions. Flow and chromatographic analysis of biogas resulted from wood carbonization process were performed, pointing and measuring in laboratorial scale two of its main components: methane (CH4) (1% of the total volume) and carbon monoxide (CO) (4% of the total volume). Finally, the study demonstrated that a quantity of energy discarded to the atmosphere can be higher than 16 GJ, presenting a contribution to an ecological view for the coal sector, providing the reduction of environmental impacts and hence economic benefits to the companies involved. / O processo de carbonização da madeira libera uma grande quantidade de resíduos gasosos não condensáveis. Na constituição deste resíduo, também chamado de biogás, destacam-se três componentes: metano (CH4), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), elementos responsáveis na aceleração do efeito estufa. O biogás, geralmente é descartado sem que haja algum tipo de aproveitamento. Essa pode ser uma alternativa importante para ganhos financeiros quando este é reinserido no processo ou até mesmo utilizado como combustível. Além disso, quando queimado, reduz significativamente os impactos ambientais causados. Neste estudo desenvolvida uma equação analítica referente a calibração cromatográfica. Foi desenvolvida uma curva de aquecimento capaz de reproduzir o processo de carbonização da madeira industrial em laboratório. Foi realizada uma análise da vazão e cromatográfica do biogás resultante do processo de carbonização da madeira, identificando e mensurando em escala laboratorial dois de seus principais componentes metano (CH4) (1% do volume total) e monóxido de carbono (CO) (4% do volume total). Por fim, o estudo mostrou a quantidade de energia descartada à atmosfera pode ser superior a 16 GJ e com isso apresenta uma contribuição para vertentes sustentáveis do setor carvoeiro, proporcionando a redução dos impactos ambientais e consequentemente, possíveis ganhos econômicos às empresas envolvidas. / Doutor em Engenharia Mecânica