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A interdisciplinaridade na Educação, Saúde, Meio Ambiente e Tecnologia na Amazônia Paraense

27 a 29 de setembro de 2017

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Universidade do Estado do Pará – Campus VIII/Marabá – Anais Eletrônico - ISSN: 2447-7605, n. 4, 2017

EIXO TEMÁTICO: CIÊNCIAS FLORESTAIS

CARACTERZIZAÇÃO FÍSICA E ENERGÉTICA DO CARVÃO

PRODUZIDO A PARTIR DE DUAS ESPÉCIES NATIVAS

AMAZÔNICAS

RESUMO – A produção de carvão vegetal é feita através do processo de carbonização ou destilação

seca da madeira. A qualidade do produto carvão vegetal está intrinsicamente ligado as seguintes

variáveis (i) características físico-químicas da espécie de origem, (ii) temperatura final de carbonização,

(iii) incremento de temperatura por minuto, (iv) pressão dentro do forno) e (v) teor de umidade da

amostra. O objetivo deste trabalho consistiu em caracterizar a potencialidade energética de amostras de

madeira residuais do setor moveleiro de Marabá-PA, identificadas como sendo representativas de duas

espécies nativas da Amazônia Brasileira (Symphonia globulifera e Apuleia leiocarpa). As variáveis

determinadas (em %) foram: (i) o rendimento gravimétrico, (ii) teor de carbono fixo, (iii) teor de

materiais voláteis, (iv) teor de cinzas. Todas as análises estão de acordo com a norma NBR 7180. Os

rendimentos e características físicas foram semelhantes entre as espécies. O carvão vegetal produzido

com Apuleia leiocarpa e Symphonia globulifera apresentou os altos teores de voláteis (27,50 e 29,17%) e

cinzas entre (3,12 e 2,11%) e baixo teor de carbono fixo. Verificou-se que o carvão produzido a partir

das duas espécies não apresentam qualidade para emprego no setor energético, embora possa ainda ser

aplicado no setor doméstico.

PALAVRAS-CHAVE: Carbonização; Movelaria; Caracterização

1. INTRODUÇÃO

O carvão vegetal há muito tempo vem sendo utilizado para a geração de energia, sendo

responsável pelo surgimento das indústrias siderúrgicas no Brasil (BRITO, 1990). O Brasil é

responsável por cerca de 1/3 da produção e utilização de carvão vegetal no mundo, destinado

principalmente para as indústrias siderúrgicas na fabricação de ferro gusa e ligas metálicas

(BARCELLOS, 2007), visto que é um insumo renovável e menos poluente ao se comparar com

combustíveis fósseis (ARRUDA, 2005).

A produção de carvão vegetal brasileira é extremamente expressiva no cenário mundial,

sendo o Brasil o maior produtor e o segundo maior consumidor. Para se ter uma ideia da

dimensão do setor carvoeiro, a indústria siderúrgica brasileira produziu, em média, nos períodos

de 2003 a 2012, cerca de 32,5 milhões de toneladas anuais de ferro-gusa, sendo destes, 9,5

milhões obtidos a partir do carvão vegetal como insumo energético (CCGE, 2015).

A produção de carvão vegetal é feita através da carbonização da madeira, realizadas em

carvoarias pelo processo conhecido como carvoejamento, que podem ter tecnologias que



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proporcionam um maior rendimento e menor impacto ambiental ou podem ser relativamente

primitivas, gerando uma baixa produtividade e sem controle sobre os impactos ao meio ambiente

(MOTA, 2013).

Segundo Britto (1990) a qualidade do carvão está diretamente relacionada com a espécie

utilizada, o tamanho das peças de madeiras a serem carbonizadas e o método de carbonização

aplicado. Por isso, é importante compreender as propriedades e o comportamento da madeira,

uma vez que nos possibilita prever a qualidade e o rendimento energético do produto final.

Além disso, é importante mencionar que a supressão de espécies de floresta nativa,

principalmente na região Amazônica, para esse tipo de atividade ainda é um fator a se preocupar.

As carvoarias da região, em sua maioria ilegais, por produzir carvão proveniente de

madeira ilegal, contribuem significativamente para o desmatamento e para emissão de gases que

poluem o meio ambiente. Dados obtidos pelo GREENPEACE (2011) mostram que a região de

Carajás, no Pará, é umas das regiões mais prejudicadas da Amazônia, com a maioria dessas terras

ocupadas por plantações de soja e pastagens e também por carvoarias associadas ao

desmatamento da floresta nativa.

Por isso este trabalho tem como objetivo, caracterizar as propriedades físicas e

energéticas, de duas espécies Symphonia globulifera (Clusiaceae) e Apuleia leiocarpa

(Fabaceae), de forma a verificar a viabilidade do emprego do carvão vegetal produzido a partir

destas espécies para o setor siderúrgico.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Coletas das amostras de madeira

O presente trabalho foi realizado na cidade de Marabá, Sudeste do Estado do Pará.

Amostras de madeira das espécies foram obtidas por meio de coletas em um estabelecimento em

um bairro da cidade (5°21'07.9"S 49°05'18.8“ W).

https://pt.wikipedia.org/wiki/Clusiaceae

https://pt.wikipedia.org/wiki/Fabaceae



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Fonte: Adaptado do Google Earth.

2.2 Identificação das espécies de madeira

A nomenclatura científica seguiu a “Lista de Espécies da Flora do Brasil (2015)” e “W³

Trópicos” (http://www.tropicos.org/). A partir das amostras coletadas foram confeccionados

corpos de prova com dimensão de 2x2x3 cm (direção radial, tangencial e longitudinal

respectivamente). As madeiras foram identificadas a partir das características das anatômicas

macroscópicas e utilização de chave de identificação anatômica do Manual de Identificação de

Madeiras Comerciais do IPT (MAINIERI, 1989) e Corandin et al. (2010), posteriormente as

espécies identificadas foram comparadas com amostras registradas na Xiloteca do Laboratório

Ciência e Tecnologia da Madeira da Universidade do Estado do Pará Campus VIII Marabá.

2.3 Carbonização das amostras de madeira

Para a produção do carvão, foram selecionados seis corpos de prova de 2x2x3 cm para

cada espécie, os quais foram envoltas em papel alumínio e carbonizadas em forno Mufla Jung,

0412 (GONÇALVES et al. 2012) (Figura 3). O processo de carbonização durou 4 horas, com

Figura 1. Mapa de localização do estabelecimento



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uma temperatura final de 450 °C e velocidade de aquecimento de 2,5°C.min-1; tempo de

residência de 60 min.

Figura 2. Processo de carbonização: A – Amostras de madeira; B - Forno Mufla.

2.4 Caracterização física das amostras de carvão

Como não há recomendações formais para a análise de carvões para avaliar as contrações

lineares e volumétricas utilizou-se procedimento de ensaio da NBR 7190 (ABNT, 1986).

Figura 3. Determinação das propriedades físicas do carvão: A - Amostras carbonizadas; B -

Medição da contração.



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2.5 Análise Imediata

Para a análise imediata do carvão o procedimento adotado foi o descrito por Pinheiro

(2010), segundo as normas NBR 6923 (ABNT, 1981) e NBR 8112 (ABNT, 1986), onde os

parâmetros avaliados foram: determinação do teor de umidade, determinação do teor de matéria

volátil, determinação do teor de cinzas, determinação do teor de carbono fixo.

Figura 4. Processo de análise imediata: A-Preparação das amostras; B- Cinzas.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A madeira, assim como seus derivados, quando submetida à ação do calor, está sujeita a

variações físico-químicas (FIGUEROA; MORAES, 2009). Os dados aqui apresentados e os

trabalhos utilizados como comparação sobre degradação térmica da madeira mostram que o

processo de decomposição e a temperatura na qual ela ocorre são dependentes,

significativamente, da espécie da madeira.

A Tabela 1 apresenta os valores de rendimento gravimétrico (RG), contração axial (CA),

contração tangencial (CT), contração radial (CR) e contração volumétrica (CV). Foram

observadas diferenças consideráveis entre as duas espécies. Isto pode ter ocorrido devido às

variações da constituição química, física e anatômica existentes na madeira.

Tabela 1. Médias gerais da contração do carvão de Apuleia leiocarpa e Symphonia globulifera



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Apuleia leiocarpa Symphonia globulifera

R.G C.A C.T C.R C.V R.G C.A C.T C.R C.V

1 34,01 19,66 -13,07 2,07 11,04 24,80 11,18 10,48 11,03 29,26

2 38,03 17,59 -2,95 10,17 23,79 27,41 16,00 -2,55 -5,96 8,73

3 37,50 16,52 -7,06 7,54 17,36 27,59 13,04 0,77 2,78 16,11

4 35,83 14,33 -7,61 3,74 11,26 23,66 14,32 8,26 13,58 32,07

5 31,75 16,86 -7,82 17,08 25,67 27,17 33,39 6,32 -8,66 32,20

6 33,00 17,99 -2,90 5,12 19,92 25,79 12,37 16,43 17,37 39,49

Média 35,22 16,66 -5,67 8,73 19,60 26,07 16,72 6,62 5,02 26,31

DP 2,76 1,42 2,52 5,27 5,68 1,60 8,33 6,81 10,72 11,52

Legenda. R.G: rendimento gravimétrico; C.A: contração axial; C.T: contração tangencial; C.V:

contração volumétrica

De acordo com os resultados obtidos após a degradação térmica, devido à ação da

temperatura, nota-se que o plano tangencial contraiu mais que o plano radial para a espécie

Symphonia globulifera (6,62%), o resultado encontrado foi semelhante ao de Moutinho (2011) ao

trabalhar com a espécie Eucalyptus sp., porém ele verificou uma menor contração no plano axial,

entre 9,75 e 12,64% o que difere dos dados aqui apresentados, pois o plano axial apresentou um

alto valor (16,72%). De acordo com o mesmo autor, o plano axial possui como características alta

produção de espaços vazios, que funcionam como escape para os gases produzidos no decorrer da

degradação, através disso pode ser justificado tanto a menor quanto a maior perda dimensional,

assim como ocorre com os resultados aqui encontrados.

Os valores negativos observados na tabela para a espécie Apuleia leiocarpa podem ser

justificados devido à alta temperatura e rápida taxa de incremento no processo de carbonização,

onde ocasionaram expansão, causando fissuras e consequentemente a menor resistência à

compressão.



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A figura 5 apresenta os valores médios dos resultados e nota-se que o rendimento do

carvão da espécie Apuleia leiocarpa foi consideravelmente alto (acima de 30%). Nobre et al.

(2015), ao realizar a análise de rendimento gravimétrico da mesma espécie encontrou resultados

semelhantes de 33,82%.

Na tabela 2, os valores médios de material volátil entre as espécies foram semelhantes

entre 27,50 e 29,17%. Assis et al. (2012), trabalhando com carvão vegetal de um clone híbrido de

Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla produzido a 450 ºC, com quatro horas de

carbonização, observaram uma variação de 18,5 a 20,3% no teor de matéria volátil dos

indivíduos. Já Vale e Nogueira (2001), analisando nove espécies nativas do cerrado, notou que o

teor de matéria volátil das espécies variou de 21,5 a 27,6%.

De acordo com Andrade et al. (2012), o teor de materiais voláteis, geralmente, apresenta

uma correlação negativa com o teor de carbono fixo, porém é necessário haver material volátil

residual mínimo para que o carvão entre em combustão e gere energia. Resultados semelhantes

Brito e Barrichello (1977) ao estudar 10 espécies de eucalipto.

16,71

6,615,02

26,31 26,07

8,73

-5,66

16,6519,6

35,22

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40P

orc

enta

gem

(%

)

Contração /Expansão

S. globulifera

A. leiocarpa

Figura 5. Gráfico dos resultados das análises imediatas



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Legenda. T.U: teor de umidade; M.V: materiais voláteis; T.C: teor de cinzas; C.F: carbono fixo

Santos (2008) e Paulucio (2012) afirmam que, para evitar a corrosão dos equipamentos

metálicos e a segregação no processo produtivo do ferro-gusa, os teores de cinza devem ser

inferiores a 1% para a utilização siderúrgica do carvão. De acordo com os resultados da tabela 2

deduz-se que os carvões dessas espécies são prejudiciais aos altos-fornos devido à alta

concentração de cinzas que as mesmas apresentaram, porém, podem ser utilizadas como carvão

doméstico.

Os valores de carbono fixo observados na figura 6 são relativamente altos, assim como

nota-se, em vários estudos do carvão de Eucalyptus sp., valores de 72 a 82% para o teor de

carbono fixo (ASSIS et al., 2012; REIS et al., 2012; BOTREL et al., 2007; VALE et al., 2002b).

Apuleia leiocarpa Symphonia globulifera

T.U M.V T.C C.F T.U M.V T.C C.F

1 0 30 1,56 68,44 5 30 1,73 68,27

2 5 25 3,31 71,69 5 30 1,65 68,35

3 -5 30 3,64 66,36 5 30 1,73 68,27

4 0 25 3,51 71,49 0 35 2,48 62,52

5 5 25 4,18 70,82 0 30 2,50 67,50

6 5 30 2,49 67,51 5 20 2,56 77,44

Média 1,67 27,50 3,12 69,38 3,33 29,17 2,11 68,73

DP 4,08 2,74 0,94 2,25 2,58 4,92 0,45 4,83

1,67

27,50

3,12

69,38

3,33

29,17

2,11

68,73

0

10

20

30

40

50

60

70

80

T. Umidade M. Volateis T. Cinzas C. Fixo

Porc

enta

gem

(%

)

A. leiocarpa

S. globulifera

Tabela 2. Valores médios para as características avaliadas no carvão vegetal.

Figura 6. Gráfico dos resultados das análises imediatas



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4. CONCLUSÃO

Os resultados obtidos evidenciaram que as espécies Apuleia leiocarpa e Symphonia

globulifera, após o processo de carbonização, segundo a metodologia empregada, se

transformaram em um produto (carvão vegetal) onde não apresenta requisitos para aplicabilidade

no setor siderúrgico, devido aos altos teores de cinzas e de materiais voláteis. Embora estes

resíduos, possam ser aplicados como matéria-prima para produção de carvão vegetal e destinados

ao setor doméstico, contribuindo para a minimização do corte de árvores.

5. AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Prof. Dr. Luiz Eduardo Lima Melo do Laboratório de Ciência e

Tecnologia da Madeira da Universidade do Estado do Pará – Campus VIII Marabá pelas

identificações das amostras.

6. REFERÊNCIAS

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