Floresta 4.0: automação e supervisão do processo de carbonização da madeira

• Autor(a) principal: Rafael dos Santos Figueiredo
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/55734
• topic: Energia da Madeira; Automatização; Internet das coisas; Obtenção de carbono; Automação industrial; Carvão vegetal; Carbonização; Recursos naturais renováveis

As tecnologias no cenário atual das indústrias permitem sofisticar os meios de produção, digitalizar e automatizar cada vez mais as atividades, otimizar as operações e gerenciar os recursos em tomadas de decisão. Embora a era digital esteja criando paradigmas, um dos desafios existentes, mundialmente, é o consumo de energia para se produzir. Com a sobrecarga do meio ambiente, pelo uso excessivo de energia não renovável, os impactos negativos tendem a colapsar a sociedade. Neste contexto, as fontes de energias renováveis estimulam estudos para viabilizar o uso na cadeia de produção das indústrias. No Brasil, o carvão vegetal tem sido utilizado no abastecimento da produção do setor siderúrgico. No entanto, os meios para obter essa matéria-prima são atrasados, sendo geralmente com uso de fornos rudimentares e controle do processo manual da carbonização da madeira. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo automatizar o processo de produção de carvão vegetal em fornos do tipo Fornos-Fornalha. Para tal, foram desenvolvidos dois protótipos de baixo custo, para controlar remotamente a vazão de entrada de ar para forno de carbonização. Faz-se o uso da linguagem de programação Python™ e os hardwares Raspberry PI e Arduino, com o uso do sensor Termopar do tipo K, sendo este instalado no teto de um dos fornos (modelo Fornos-Fornalha) do Instituto de Ciências Agrárias ICA-UFMG. Após a construção dos componentes, para controle de vazão e aquisição de dados da temperatura, foi realizado a carbonização da madeira. Posteriormente, foi desenvolvido um sistema de supervisionamento com uso da plataforma ThingkSpeak™ com compartilhamento e armazenamento de dados na nuvem, para acesso das informações do processo de produção do carvão vegetal, em tempo real; e um controle remoto de acionamento dos protótipos. Os dados de temperatura foram submetidos ao teste-t, para análise e comparação dos dados. Foram colhidas duas amostras da produção, sendo uma obtida do carvão produzido de forma convencional e a outra do carvão produzido após a implementação dos protótipos. Ambas foram analisadas em relação aos parâmetros de densidade relativa aparente, densidade relativa verdadeira e porosidade e os resultados comparados estatisticamente. A análise gráfica dos dados de temperatura, mostrou superioridade do método desenvolvido, o qual atingiu determinadas fases de carbonização em menos tempo, além de manter a temperatura alta durante o processo. O teste revelou possuir diferença estatística entre dos parâmetros das amostras de temperatura da carbonização de cada método. Com o aprimoramento das tecnologias aplicadas, na produção do carvão vegetal, é possível atingir uma padronização satisfatória e rendimento de carvão vegetal superior aos métodos convencionais. As tecnologias envolvidas promovem um rearranjo da dinâmica de operação, possibilitando funções automáticas na produção do carvão vegetal e reduzindo a exposição dos trabalhadores aos riscos ocupacionais envolvidos nos processos produtivos da carbonização.