Análise experimental de uma fornalha a lenha de fluxo co-corrente para secagem de grãos

Abstract

Resumo: A secagem de grãos, dentro da atividade de pós-colheita agrícola, é o setor que mais demanda energia. No Brasil, o processo de secagem de grãos mais utilizado é a fornalha a lenha de fluxo contra-corrente, para produzir ar quente à aproximadamente 100ºC. Se por um lado a lenha é uma fonte de energia renovável, por outro lado, o ar quente gerado em fornalhas deste tipo contém elevadas quantidades de alcatrão, monóxido de carbono, e material particulado que comprometem a qualidade do grão e trazem riscos de incêndio dentro dos secadores. Além disso, essas fornalhas são difíceis de controlar e portanto fornecer a temperatura adequada para a secagem. Este trabalho apresenta um estudo exploratório de uma fornalha a lenha de fluxo concorrente, que fornece a energia térmica necessária para os secadores e ao mesmo tempo uma qualidade do ar satisfatória. Foi construída uma fornalha de 40kW de potência nominal para investigar a influencia de três diferentes áreas de grelha e três diferentes regimes de alimentação de lenha. A fornalha foi operada em dois regimes de tiragem: natural e induzida. Foram dezoito experimentos com configurações diferentes. Foram medidos a concentração de monóxido de carbono e a temperatura dos gases de combustão, além de aspectos operacionais. Os resultados mostraram que fornalhas a lenha de fluxo co-corrente apresentam baixos teores de monóxido de carbono, de alcatrão e fuligem, o que representa uma boa qualidade do ar de secagem de grãos. A eficiência energética média da fornalha foi de 75%.

Abstract: It has been shown that the grain drying process accounts for most of the energy expenditure along the post-harvest phase. Most of the Brazilian drying mills use counter-current flow woodburning furnaces to produce warm air near 100 ºC. On the up side, wood is a renewable source of energy. On the down side warm air generated in such furnaces contains high amounts of tar, carbon monoxide, soot and particulate matter that further compromises the grain quality. It also presents high risks of fire ignition inside the dryers. Furthermore those furnaces are difficult to control and thus to deliver the proper air temperature. This work presents an exploratory study of a concurrent furnace to meet thermal energy needs of dryers while meeting air drying quality standards. We built a 40kW furnace to investigate the influence of three different grate sizes, three different wood feeding regimes. We also operated the furnace under natural and induced draft. That lead to eighteen different experiment set-ups. We observed carbon monoxide concentration and temperature of the flue gas, and also operational aspects in each run. Results showed that concurrent wood burning furnaces can be very successful in providing low levels of carbon monoxide, of tars and of soot as well. It also showed near constant temperature levels of drying air. Energy wise, the average performance of the furnace was around 75%.