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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
Apresentação preparada por:Ronaldo Sampaio PhD. - Diretor da RSConsultantsPaulo César C. Pinheiro Dr. - Professor da EE UFMGMaria Emília Rezende MsC. - Diretora da Biocarbo
Contatos: [email protected]@[email protected] www.biocarbo.com
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
'(),1,d®(6'(),1,'(),1,dd®(6®(6
Produtividade: Velocidade
Quantidade de produto produzida num equipamento num determinado intervalo de tempo. (ton/mês, m3/mês)
Rendimento: Economia
Quantidade de produto produzida com uma quantidade de insumos. (kg carvão/ kg madeira)
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"Resíduo sólido resultante da decomposição térmica da biomassa obtido pelo aquecimento na ausência de ar (pirólise) a uma temperatura superior a 300°C"
Sua produção vêm desde os primórdios da humanidade, sitios arqueológicos datam de 20.000 a 30.000 AC.
Como as temperaturas de combustão são altas, permite a fusão de metais.
Graças ao carvão vegetal o homem saiu da idade da pedra (idade do Bronze 3.000 AC) e o uso do fole de ar em 1.200 AC levou ao inicio a idade do Ferro.
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
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- Temperatura da Carbonização
- Velocidade da Carbonização
- Combustão no Forno de Carbonização
- Tipo de Biomassa
- Composição da Biomassa
- Umidade da Biomassa
- Dimensões da Biomassa (diâmetro, comprimento)
- Tipo de forno
- Perdas Térmicas
- Entrada de Ar
- Tiragem
- Pressão
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~34%
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
(67$7Ë67,&$6�'(�352'8d2�(�862(67$7(67$7ËË67,&$6�'(�352'867,&$6�'(�352'8dd2�(�8622�(�862
A produção mundial (2005) foi de 45 milhões de toneladas.
África 50% da produção mundial é voltada para uso doméstico.
Brasil 28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.
A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de uso industrial de biomassa em larga escala.
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&RQVXPR�GH�%LRPDVVD QR�%UDVLO&RQVXPR�GH�&RQVXPR�GH�%LRPDVVD%LRPDVVD QR�%UDVLOQR�%UDVLO
O consumo de biomassaé crescente, principalmente no setor industrial e energético.
Lenha para uso doméstico e agropecuário é decrescente.
Participação debiocombustíveis écrescente:
Líquido: Etanol – 7,3 milhões de tep
Sólidos: Carvão Vegetal - 6,2 milhões de tepLenha Industrial - ~10 milhões de tep
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8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO
Siderurgia mundial vive um grande boom.
A reciclagem de sucata precisa de fontes de ferro virgem, o ferro-gusa de carvão vegetal é um produto prime devido a sua pureza.
O baixo investimento nos mini alto-fornos e alta produtividade das florestas de eucalipto garantem alta competitividade do gusa.
Grandes grupos estão investindo principalmente na região de Carajás.
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)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV
Por 20 anos a participação de carvão de floresta nativa ficou em 30%.
A partir de 2003 a demanda mundial por ferro-gusa e os altos preços levaram ao rápido aumento da produção elevando a praticpação da floresta nativa para 50%.
Ao preço de R$ 400,00/ton de CV é viável o transporte por 2000 km.
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&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGH1 Despesas silvicultura 53,68R$
2 Juros Inv. Floresta (15% aa) 55,20R$
3 Exploração 76,72R$
4 Carbonização 32,64R$
5 Expedição e frete (500 km) 73,20R$
6 Impostos 9,16R$
7 Outros 36,64R$
337,24R$ Soma
R$ -
R$ 10,00
R$ 20,00
R$ 30,00
R$ 40,00
R$ 50,00
R$ 60,00
R$ 70,00
R$ 80,00
1 2 3 4 5 6 7
Madeira posta na unidade de carbonização é 55% do custo.
Investimento de R$ 4.300/ha são 70% concentrados nos 18 meses iniciais e colheita aos 7 anos é a razão da alta participação de juros no custo. Dificuldades para empresas de médio porte.
Frete é fator importante de custo e os preços atuais viabilizam transportes por 2000 km.
A carbonização representa 10% do custo e não tem merecido a atenção devida dos gestores deste negócio.
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&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGHEVO LUÇ ÃO DO PREÇ O D OS REDUT O RES - US$/ton
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5 0 , 0 0
10 0 , 0 0
15 0 , 0 0
2 0 0 , 0 0
2 5 0 , 0 0
3 0 0 , 0 0
3 5 0 , 0 0
4 0 0 , 0 0
4 5 0 , 0 0
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2004 2005 2006
Pre ço Me rcado Carv ão V ege tal posto Usina
Pre ço Coque Fob Japão
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&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGH
Biocombustíveis sólidos são imbatíveis em preço para aquecimento industrial.
Preferidos pelas indústria de pequeno e médio porte.
A falta de valorização do conhecimento leva a baixa eficiência de uso.
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3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR
Retomada das
atividades CAF
Certificação manejo Florestal
(FSC)
Programa Produtor Florestal
2,6 milhões
m³c
1921 Anos 40 1957
Cia Siderúrgica
Belgo-Mineira
Início reflorestamento –
MG
Fundação da CAF
Anos 70 Anos 80/90
Expansão áreas florestais
Decisão - Conversão da Usina de Monlevade para coque
metalúrgico
CAF produz carvão para mercado
2001 2004 2012
Retomada das
atividades CAF
Certificação manejo Florestal
(FSC)
Programa Produtor Florestal
2,6 milhões
m³c
1921 Anos 40 1957
Cia Siderúrgica
Belgo-Mineira
Início reflorestamento –
MG
Fundação da CAF
1921 Anos 40 1957
Cia Siderúrgica
Belgo-Mineira
Início reflorestamento –
MG
Fundação da CAF
Anos 70 Anos 80/90
Expansão áreas florestais
Decisão - Conversão da Usina de Monlevade para coque
metalúrgico
CAF produz carvão para mercado
Anos 70 Anos 80/90
Expansão áreas florestais
Decisão - Conversão da Usina de Monlevade para coque
metalúrgico
CAF produz carvão para mercado
Expansão áreas florestais
Decisão - Conversão da Usina de Monlevade para coque
metalúrgico
CAF produz carvão para mercado
2001 2004 2012
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3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR
A produção nacional de CV deve dobrar até 2015, devido aos novos empreendimentos siderúrgicos em implantação e ao aumento de capacidade.
Plantios apresentam crescimento com ênfasenos programas de fomento florestal.
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6ROXo}HV�56&RQVXOWDQWV6ROX6ROXoo}HV�}HV�56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV
OBJETIVOS:Manter o Avanço Tecnológico em Biomassa- Melhorar ainda mais o rendimento das operações- Desenvolver um acompanhamento preciso das operações - Reprodutibilidade- Aumentar o espectro de utilização
56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWVConsultoria em Energia e Siderurgia
• Avançado conhecimento tecnológico graças aos trabalhos de P&D realizados desde 1980 em cooperação com empresas de carbonização e siderurgia.
• Rede de contatos técnicos e comerciais em todo território nacional
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6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$/$1d2�'(�&2��(�2��1$�352'8d2�'(�$d2
6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV%$/$1%$/$1dd2�'(�&2��(�2��1$�352'82�'(�&2��(�2��1$�352'8dd2�'(�$2�'(�$dd22
Rota do Carvão MineralTubode Aço
Aço Líq.Alto FornoMineraçãode carvão
Tratamento docarvão Coqueria
Emissão de CO2
1886 kg
Total Consumo O2
1331 kg
Total Emissão SO2
8.4 kg
Emissão de CO2
0 kg
Liberação O2
450 kg/t
Emissão SO2
0 kg
Tubo deAço
Rota da BiomassaForno de
CarbonizaçãoAço Líq.Ferro Gusa
Colheita no7o ano
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6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5
6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�%$6(�(;3(5,0(17$/��� 352-(72�3/$17$5352-(72�3/$17$5
Condensador em vidro
Gasômetros 100 litros em tambores de aço
Frasco coletor condensado com escala
Multicanal acoplado a termopares
Forno colocado sobre balança
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5
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Experimento de Estudo do Processo de Carbonização e Emissão de Gases de Efeito Estufa em um Forno JG
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV352-(72�3/$17$5
6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV352-(72�3/$17$5352-(72�3/$17$5
Approved baseline and monitoring methodology AM 0041“Mitigation of Methane Emissions in the Wood Carbonization Activity for Charcoal Production”
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
Projeto para 18.500 t/mês -2336 fornosUnidades de produ ção variando entre105 fornos ate 456 forno.Sistema de colheita mecanizado,madeira cortada e transportada para a unidade de produção com 3,00m sendo tra çada ao meio antes da carga dos fornos.Carga e descarga manual dos fornosCusto do forno R$ 800,00
Forno PP 3,90m de diâmetro para Ferro Gusa Carajas/CVRD
Projeto para 18.500 t/mês -2336 fornosUnidades de produ ção variando entre105 fornos ate 456 forno.Sistema de colheita mecanizado,madeira cortada e transportada para a unidade de produção com 3,00m sendo tra çada ao meio antes da carga dos fornos.Carga e descarga manual dos fornosCusto do forno R$ 800,00
SISTEMA INTEGRADO DE CARBONIZAÇÃO
FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~34%
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2
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Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2
Forno PPForma cilíndricaTiragem inversa1 único tatu
Forno Rabo-Quente Forma semi-esférica (dificuldade enchimento)Tiragem diretaGrande numero de tatus e baianas
SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS
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0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2CONTROLE DA CARBONIZAÇÃO
CONTROLE TRADICIONAL 200.000 anos de conhecimento-Cor e cheiro da fumaça-Volume da fumaça-Temperatura do forno
Objetivo: Grande produtividade volumétrica: MDC/mês
CONTROLE TECNOLÓGICO-Medição da massa e umidade (balanço de massa)-Medição da temperatura
- Garantir condições ótimas de carbonização- Evitar queima
Objetivo: Grande rendimento em massa: kg carvão / kg madeira seca
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0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2CONTROLE DA TEMPERATURA DE CARBONIZAÇÃO
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2
Obter o maior rendimento possível.
(175$'$
6$Ì'$
BALANÇA
CONTROLE POR PESO
CONTROLE OPERACIONAL DAS UPC POR PESAGEMRENDIMENTO EM PESO COMO FATOR DE ESEMPENHO
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2A ORGANIZAÇÃO LOGÍSTICA E TECNOLÓGICA
DE UMA UNIDADE DE CARBONIZAÇÃO®
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2
Boa evolução operacional
Se bem operado ao enfornar 5000 kg madeira anidra.
• pode produzir 1800 kg de carvão• rendimento b.s. ~ 36%
• Estimativa de rendimento médio atual = 27% (1350 kg de carvão).
Se enfornar 5000 kg madeira anidra.•produz 1000 kg de carvão• rendimento b.s. ~ 20%Se bem operado pode produzir
• rendimento b.s. ~ 30% 1500 kg de carvão
RABO QUENTE
FORNO PP
TREINAMENTO DE PESSOAL
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2
Retorta de Carbonização Contínua da Acesita Retorta Lambiote
SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS
Processo DPC com sistema Roll-On. Modular, baixo custo operacional, eficiente
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSRecuperação do Alcatrão
Recuperador da Alcatrão V&M
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSQueima do Alcatrão
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2
Gás de Alto-Forno
Produtos Carbonização
ENERGIA ELÉTRICA
TORRE DE RESFRIAMENTO
CONDENSADOR
GERADORTURBINA
CALDEIRA
DESAERADOR
CO-GERAÇÃO
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSProdução de Briquetes
• Produção de Briquetes a partir dos finos de carvão vegetal, utilizando os condensáveis como ligante.
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
A siderurgia a carvão vegetal opera normalmente sem uma tecnologia de carbonização apropriada.
É possível uma maior eficiência na produção de carvão vegetal de qualidade siderúrgica e recuperação e beneficiamento de subprodutos e com baixo investimento.
Existe a necessidade de uma forte aceleração de desenvolvimento tecnológico, devido ao aumento significativo do consumo de biomassa lignosa (lenha e derivados)
Os produtores florestais devem estar em plena harmonia com o mercado:- Competição ou complementação com os produtos concorrentes- Equilíbrio de remuneração a ser defendido- Garantia de fornecimento a longo prazo- Estruturação e Organização da produção
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&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
CUSTO DO DESPERDCUSTO DO DESPERDÍÍCIOCIO
• Para uma produção brasileira de 40 milhões de MDC/ano (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal.9 Estimando que 50% desta produção é feita em fornos de alvenaria
com baixo rendimento (25% em peso).9 Uma elevação do rendimento para 34%, significaria uma
disponibilidade adicional de 1,35 milhões ton/ano de carvão vegetal utilizando a mesma quantidade de madeira.
A falta de conhecimento na cadeia produtiva leva ao desperdício de:
1,35 milhão X R$300,00 = R$ 400 milhões/ano
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
Com tecnologias modernas é possível aproveitar subprodutos:
• Alcatrão combustível (2,5 mlhões ton/ano = 10 milhões de BEP)
���PLOK}HV�[�86����EDUULO� �5������ELOKmR
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(656&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV
A RSConsultants possui conhecimento tecnológico avançado do uso e produção da biomassa e do carvão vegetal.
A RSConsultants possui grande experiência no uso e produção de biomassa e carvão vegetal.
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6
A RSConsultants está apta a assessorar a implantação de sistemas energéticos baseados no uso da biomassa e do carvão vegetal, adaptando as tecnologias à realidade brasileira.
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(66ROX6ROXoo}HV�}HV�56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV- Avaliação qualitativa das operações atuais de carbonização.Visitas técnicas e relatório de sugestões de melhorias.
- Auditoria tecnológica no estado da arte do processo de carbonização.Avaliação dos rendimentos gravimétricos atuais analisando a metodologia de carbonização da empresa.Objetivo: determinar o potencial de ganhos de rendimento gravimétrico com o processo em uso.
- Programa de treinamento e desenvolvimento de metodologia operacional através do controle de processo.Desenvolvimento de procedimentos e treinamentos contínuos nos operadores e administradores.Objetivo: continuidade pelo auto-aprendizado.
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6/DERUDW/DERUDWyyULR�GH�&DUERQL]DULR�GH�&DUERQL]DoomR�H�&RPEXVWmR�/&mR�H�&RPEXVWmR�/&��Departamento de Engenharia Mecânica da UFMGAv. Antônio Carlos 6627, 31270-901 Belo Horizonte, MG
- P&D em Tecnologia de Carbonização.- Estudo dos Fatores que Influenciam na Carbonização.- Estudo das Emissões da Carbonização.- Modelamento Matemático de Fornos de Carbonização.- Estudo da Co-Geração na Carbonização.- Desenvolvimento de novas tecnologias de Carbonização.- Desenvolvimento de novas tecnologias de Mitigação de Emissões e Gases de Efeito Estufa.
- Treinamento em Carbonização.Livro: Fundamentos e Prática da Carbonização da Biomassa
Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões
Paulo Cesar C. PinheiroLaboratório de Carbonização e CombustãoDept. Engenharia Mecânica da UFMGTel: (31) [email protected]
Ronaldo Santos SampaioRSConsultantsTel: (31) 9127-8724, [email protected]
Maria Emilia Antunes de [email protected] www.biocarbo.com
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