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Previous issue date: 2013-03-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O carvão vegetal é um importante insumo na cadeia produtiva do ferro gusa no estado de minas gerais. Entretanto, sua produção recebe muitas críticas devido às elevadas emissões de poluentes e gases causadores de efeito estufa. Essas críticas podem, por outro lado, serem mitigadas com a incineração dos gases gerados, reduzindo as emissões a dióxido de carbono e água. A incineração dos gases abre novas oportunidades de negócios, pois a energia gerada durante o processo de incineração tem potencial para ser transformada em energia elétrica, gerando mais receita aos produtores, e ainda usada na secagem da madeira a ser carbonizada, diminuindo o tempo de ciclo de produção, aumentando a capacidade produtiva e, consequentemente, a renda dos produtores. O aproveitamento dos subprodutos da carbonização da madeira para a produção de carvão vegetal não é muito explorado na literatura. Alguns trabalhos experimentais objetivando incinerar os gases gerados foram conduzidos em empresas e na academia, porém não existe um método formal para dimensionamento desses sistemas. Desse modo, esse trabalho foi desenvolvido para criar uma metodologia coerente para dimensionamento de câmaras de combustão cilíndricas, sem uso de energia elétrica em sopradores ou geradores de centelha, obtendo-seequações para o projeto de câmaras de queima cilíndricas para gases de combustão provenientes do processo de carbonização. A produção rudimentar em fornos de alvenaria gera passivos sociais econômicos e ambientais devido à emissão de gases poluentes e de efeito estufa. Uma solução para esse problema é a incineração dos gases gerados durante o processo de carbonização. Entretanto, é importante que o processo de incineração de gases não influencie negativamente os padrões de qualidade do carvão produzido. Por esse motivo este trabalho foi feito, objetivando a construção e avaliação de um protótipo de um incinerador de gases provenientes da carbonização de baixo custo e fácil construção, além de avaliar se a incineração dos gases gera impactos negativos na qualidade do carvão. Os resultados indicam que o protótipo funcionou satisfatoriamente, reduzindo a emissão de metano em 99,8 % e 74,14 % da emissão de monóxido de carbono e não houve indícios de que a incineração dos gases piorou a qualidade do carvão produzido. Entretanto, modificações para a melhoria do incinerator devem ser feitas para, reduzir as emissões de monóxido de carbono ao máximo. Um modelo em CFD foi testado, usando os dados do protótipo construído. Considerando a alta variabilidade do processo de carbonização, bem como variáveis difíceis de prever, como intempéries, pode-se afirmar que os resultados mostram boa concordância entre as simulações e os resultados experimentais. Após a validação do modelo, foi possível propor um metamodelo, baseado em CFD, que foi utilizado para propor melhoriasno projeto da câmara de combustão, visto que não é reportado na literatura uma metodologia adequada para projetos dessa natureza. Foi utilizado um metamodelo, construindo uma superfície de resposta usando o método de Kriging. O bom ajustamento do metamodelo tornou possível a aplicação da otimização multi-objetivo, por meio do uso de um algoritmo genético. A solução ótima escolhida deu subsídios para o levantamento de parâmetros de projeto e uma metodologia para o dimensionamento de câmaras de combustão cilíndricas para gases advindos do processo de carbonização foi desenvolvida. / Charcoal is an important input in the pig iron productive chain in Minas Gerais State, Brazil. However, its production is highly criticized because of the elevated emissions of pollutants and gases that cause the greenhouse effect. Thiscriticism can, however, be mitigated through incineration of the gases generated, thereby reducing emissions of carbon dioxide and water. Incineration of gases opens up new business opportunities, since the energy generated during the incineration process can be transformed into electric energy, generating more income to the producers, and it can also be used in the drying of the wood to be burnt, reducing the production time cycle and increasing productive capacity and consequently the income of producers. The use of by-products of wood carbonization to produce charcoal is not very exploited in literature. Some experimental research aimed at incinerating the generated gases has been conducted by companies and in the academic circle; however, there is no formal method to design these systems. Thus, this study was carried out to create a coherent methodology todesign cylindrical combustion chambers without the use of electric energy in blowers or sparkers, developing equations to project cylindrical combustion chambers for gases originated from the carbonization process. The rough production in masonry ovens generates social, economic and environmental liabilities due to the emission of pollutant and greenhouse gases. A solution to this problem is the incineration of the gases generated during the carbonization process.However, it is important that the gas incineration process not influence the quality standards of the charcoal producednegatively. For this reason, we conducted this study in order tobuild and evaluate a low cost and easily constructible prototype of an incinerator of gases originated from carbonization, in addition to verifying if gas incineration has negative impacts on charcoal quality. Results indicated that the prototype worked satisfactorily, reducing emission of methane by 99.8, and carbon monoxide by 74.14%, and there were no signs that incineration of gases worsened the quality of charcoal produced. However, modifications for the improvement of the incinerator should be done so as to reduce carbon emissions as much as possible. A CFD model was tested using the data from the prototype built.Given the high variability of the carbonization process, as well as the variables difficult to predict such as bad weather, we can affirm that the results show a good agreement between simulations and experimental results. After validating the model, it was possible to propose a CFD-based meta-model, which was utilized to propose improvements in the combustion chamber project, given that the literature does not report any appropriate methodology for projects of this nature. We used a meta- model, creating a response surface using the Kriging method. The good fit of the meta- model made it possible to apply the multi-objective optimization through a genetic algorithm. The optimal solution chosen allowed for the creation of project parameters, and a methodology to design cylindrical combustion chambers for gases generated by the carbonization process was developed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/10452 |
| Date | 19 March 2013 |
| Creators | Coelho, Marcelo Pereira |
| Contributors | Carneiro, Angélica Cássia de Oliveira, Martins, José Helvécio, Martins, Marcio Arêdes |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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