PLANEJAMENTO E EXECUÇÃO DE UM CARBONIZADOR DE CASCA DE ARROZ, COM BASE NO REUSO DE RESÍDUOS DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE ARROZ
Roessler, Luiz Fernando1; Vivan, Gisele Aparecida1; Silveira, Hendrigo Alberto Torchelsen1; Barboza, Fabrício da Silva2; Pereira-Ramirez, Orlando3.

1Acadêmico Curso de Engenharia Agrícola (Bolsista -PET) – FEA/UFPel
2Acadêmico Curso de Engenharia Agrícola – FEA/UFPel
3 Professor – FEA/UFPel
Campus Universitário – Caixa Postal 354 – CEP 96010-900. luizroessler@yahoo.com.br

1.	INTRODUÇÃO

O Rio Grande do Sul é o maior produtor nacional de arroz, com estimativa de safra em torno de 6,08 milhões de toneladas, o que representa cerca de 44,9% da produção nacional (IBGE, 2006).
No processamento industrial do arroz, as cascas correspondem a aproximadamente 20% do peso dos resíduos, conclui-se que 1,216 milhões de toneladas deste resíduo são geradas no estado. Essas cascas, quando não são queimadas, são deixadas no meio ambiente, criando problemas de estética e ambiental, que se agravam quando levadas pelo vento para outras áreas, mas se reaproveitadas podem passar de empecilho para fonte energética, através da queima já na própria unidade beneficiadora.
As cascas de arroz têm baixa densidade e peso específico, além de lenta biodegradação, permanecendo em sua forma original por longo período de tempo. Apresentam um alto poder energético, já que contêm quase 80% de seu peso em carbono. Suas cinzas são compostas basicamente de sílica e, portanto, bastante alcalinas. Tanto nas cascas de arroz como em suas cinzas, não existem compostos tóxicos. Entretanto, durante o processo de combustão e gaseificação, formam-se partículas de cinzas que contêm carbono: a fuligem (Souza, 1993).
As cascas de arroz podem ser carbonizadas e usadas como substrato, em canteiros ou recipientes, na germinação de sementes e formação de mudas de vegetais superiores, permitindo a penetração e a troca de ar na base das raízes; e sendo suficientemente firme e densa para fixar a semente ou estaca; tem coloração escura sendo opaca à luz na base da estaca; é leve e porosa permitindo boa aeração e drenagem; tem volume constante seja seca ou úmida; é livre de plantas daninhas, nematóides e patógenos; não necessita de tratamento químico para esterilização, em razão de ter sido esterilizada com a carbonização (Andriolo, 1997).
O substrato de casca de arroz carbonizada apresenta as seguintes características físicas e químicas: densidade seca de 150g/L, capacidade de retenção de água de 53,9%, capacidade de troca de cátions de 5,5 meq/dL, pH em água de 7,4, teor de sais solúveis de 0,7 g/L, 0,7% de nitrogênio, 0,2% de fósforo e 0,32% de potássio (Souza, 1993). O poder calorífico, da casca de arroz, é de aproximadamente 16.720 kJ/kg. As propriedades físicas e químicas da casca de arroz carbonizada variam com o incremento da temperatura, por exemplo, ao aumentar a temperatura do processo ela se torna mais friável e menos higroscópica (Fonseca, 2000).
O objetivo deste trabalho é a construção de um carbonizador de casca de arroz bem como avaliação de sua eficiência.
2.	MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido no Laboratório de Saneamento Ambiental, pertencente ao Curso de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Pelotas. Primeiramente, houve uma visita à EMBRAPA Clima Temperado, onde foi conhecido um protótipo de Carbonizador do tipo “Tonel” (Medeiros, 1998), com capacidade para 200 litros, com fundo falso de tela que fica a aproximadamente 10 cm do fundo, com uma chaminé adaptada à tampa e respiro inserido abaixo da tela que controla a quantidade de oxigênio que entra, a qual, durante seu uso logo quando fechada, o fogo se apaga.
Baseando-se neste projeto foi construído um carbonizador com dimensões inferiores (proporcionais ao original) para fins de pesquisa, com chaminé na parte superior, controle da entrada de ar abaixo do fundo telado (base do cilindro), permitindo o controle da combustão que ocorre no interior e até seu término. Para retirada do produto final foi feito um sistema inovador, de modo que, após o término do processo possibilite uma rotação de 180° no eixo horizontal, e o encaixe de um recipiente coletor (figura 01). Componentes do carbonizador, bem como materiais e suas respectivas dimensões estão especificados na tabela 1.
O procedimento se inicia completando o volume desejado no interior do carbonizador com casca de arroz seca e homogênea, o que garante um melhor desempenho no processo. Para ignição usa-se combustível inflamável, no trabalho foi utilizado álcool 96°GL, usando 50 mL por quilograma de massa, sendo este despejado na parte superior da massa de casca, com a tampa ainda aberta. Após, com auxilio de uma faísca se dá início à queima. Outro detalhe que deve ser levado em consideração é que a entrada de ar inferior deve estar aberta para garantir a entrada do oxigênio necessário para o processo de queima, caso contrário, não há combustão.
Neste trabalho foi investigada a relação da quantidade de casca de arroz colocada no carbonizador com o tempo de queima.

Tabela 1. Componentes, materiais e dimensões das peças do carbonizador:
Componente	Material	Dimensões*	
Chaminé	chapa de zinco	 80 mm L: 1500 mm	
Corpo	latão	 380 mm L: 700 mm	
Estruturas de sustentação	cantoneira de aço de abas iguais, 1” x 3/16”	Fig. 01	
Entrada de ar	alumínio	80mmx60mm	
Tela (fundo telado)	aço	malha 30(0,54 mm) fio 0,30 (30)	
(*) L = comprimento do tubo e  = diâmetro do tubo

Figura 1. Desenho esquemático do carbonizador:

3. 	RESULTADOS E DISCUSSÃO

O início do processo de carbonização é feito como o procedimento anteriormente descrito, que se seguido à risca obtém-se uma carbonização homogênea do início ao fim da massa de casca. Para verificação do término do processo, analisou-se se o calor está próximo ao telado (fundo falso), isto é, quando a temperatura na parte inferior chega a aproximadamente 800°C, julga-se concluída a fase, logo deve-se bloquear a passagem de comburente, fechando a entrada de ar.
A casca de arroz foi separada em cinco amostras, secas e homogêneas, ou seja, logo após o processo de descascamento, sem impurezas e corpos estranhos, a temperatura ambiente e umidade de no máximo 13%, em massas conhecidas de modo a verificar o tempo necessário de queima para cada amostra.
Durante a queima da primeira amostra, com uma massa de um quilograma de casca de arroz constatou-se um tempo de carbonização foi 10 min. Na segunda amostra, com 1,5 kg, obteve-se um tempo de 19,92 min. A terceira amostra, com 2 kg teve um tempo de 28,9 min. A quarta, com 3 kg queimou por 39 min. E na quinta amostra, com 4 kg o tempo de queima foi de 1 hora e 10 min. A partir desses dados foi feito o gráfico 1.

Gráfico 1. Tempo de queima da casca de arroz conforme a massa utilizada.
     Analisando o gráfico representado pela equação y = 17,087x – 4,5456, sendo x referente a massa de casca de arroz em  quilograma e y o tempo em minutos com diferença média significativa de 0,9562, mostrando uma relação constante entre o tempo de queima e a massa de casca de arroz.
Devido ao controle da queima ser de modo manual, algumas vezes não ocorre a queima completa, havendo a necessidade de ainda desenvolver um método de controle eficaz para garantir a completa carbonização. Observou-se que quanto mais homogênea for a amostra, menor será a quantidade de massa a ser colocada, mas por outro torna-se mais suscetível a perda total.

4. CONCLUSÕES

O equipamento se mostrou eficiente, não ocorrendo nenhum problema mecânico. A entrada de ar garantiu boa utilização para início e término dos processos de carbonização e a adaptação para retirada da casca foi facilitada com a rotação do cilindro e o suporte de sustentação.
A relação entre o tempo de queima e a massa de casca de arroz foi constante nas amostras analisadas, ocorrendo acentuado aumento no tempo quando usado em sua capacidade máxima.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Andriolo, J.L.; Poerschke, P.R.; Cultivo do tomateiro em substratos. Santa Maria: Centro de Ciências Rurais, UFSM, 1997. (Informe técnico, 2).
Fonseca, F. E.;  Luengo, C. A.; Soler P. B.; Torrefação de Biomassa: Características, Aplicações e Perspectivas.
IBGE, Levantamento Sistemático da Produção Agrícola 2006. Online. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_visualiza.php?id_noticia=537&id_pagina=1>. Acesso em 5 out 2006.
Medeiros, C.A.B.; Carbonização de casca de arroz para utilização em substratos destinados à produção de mudas. Pelotas: EMBRAPA/CPACP, 1998. 4 p. (Comunicado técnico n.8).
Souza, F. X.; Casca de arroz carbonizada: um substrato para a propagação de plantas. Revista Lavoura Arrozeira v. 46 nº. 406 jan./fev. 1993.online. Disponível em: <http://www.cultivodeflores.com.br/casca_de_arroz.htm>. Acesso em 20 jun 2006.