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.

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O Brasil é, ao mesmo tempo, o maior produtor e o maior consumidor de carvão vegetal do mundo, com aproximadamente 85% da produção destinada à siderurgia, 12% à cocção de alimentos e os outros 3% às indústrias farmacêuticas, químicas e cimenteiras. O processo de transformação de madeira em carvão vegetal é caracterizado por apresentar baixo rendimento gravimétrico e por gerar outros produtos, como atiço, finos, gases condensáveis e gases não condensáveis. Diante disso, o estudo do fluxo de energia da carbonização é de fundamental importância para relacionar a entrada de madeira (matéria-prima) e a saída de carvão vegetal (principal produto) do processo e, contabilizar a energia disponível e consumida no produto final, representado por uma unidade energética os fatores de produção. O desempenho energético é apresentado na forma de indicadores como balanço, lucratividade e intensidade energética. Dessa forma, este estudo tem como objetivo geral estimar o desempenho energético da produção de carvão vegetal em diferentes processos (fornos retangulares, fornos circulares com fornalha e fornos de encostas) diante da proposição de um modelo téorico utilizando variáveis do processo de carbonização, como o rendimento gravimétrico, o poder calorífico, a umidade (madeira e carvão vegetal), a mão de obra e as operações mecanizadas. Para isso, o trabalho foi conduzido em etapas. A primeira ocorreu com base em um levantamento dos dados da produção realizado por meio de questionários, entrevista e visitas. A segunda, em função da particularidade de cada processo, algumas variáveis foram correlacionados com pesquisas bibliográficas. A terceira sucedeu por meio das estimativas dos materiais utilizados na produção do carvão, assim como a energia envolvida. Ao final, identificou-se que o processo que utiliza o forno de encosta apresenta o melhor desempenho energético e que as variáveis mão de obra e operações mecanizadas pouco influenciam na determinação do desempenho energético. / At the same time, Brazil is the largest producer and largest consumer of charcoal in the world, with approximately 85% of production for the steel industry, 12% for food cooking and the other 3% for the pharmaceutical, chemical and cement industries. The process of transformation of wood into charcoal is characterized by low gravimetric yield and to generate other products, such as ash, fines, condensable gases and non-condensable gases. Therefore, the study of carbonization energy flow is of fundamental importance to relate the input of wood (raw material) and the output of charcoal (main product) of the process and to account for the energy available and consumed in the final product, represented by an energy unit the factors of production. Energy performance is presented in the form of indicators such as balance sheet, profitability and energy intensity. Thus, this study has as a general objective to estimate the energy performance of charcoal production in different processes (rectangular furnaces, furnace circular furnaces and slope furnaces) before proposing a theoretical model using variables of the carbonization process, such as gravimetric efficiency, calorific value, moisture (wood and charcoal), manpower and mechanized operations. For this, the work was conducted in stages. The first one was based on a survey of production data by means of questionnaires, interviews and visits. The second, due to the particularity of each process, some variables were correlated with bibliographical research. The third was achieved by estimating the materials used in the production of coal, as well as the energy involved. At the end, it was identified that the process that uses the hillside furnace presents the best energy performance and that the variables labor and mechanized operations have little influence in the determination of the energy performance.