RESULTADOS OBTIDOS COM O USO DO GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA CERÂMICA VERMELHA

Tales G. Jahn, Vicente de P. Nicolau, Alessandro P. Dadam, Rafael F. Hartke, Luis G. de M. Freire

IBP0468_05

Justificativa

Avaliação das vantagens técnicas e econômicas da utilização do gás natural na Indústria de Cerâmica Vermelha

Desenvolvimento ferramentas de análise e diagnóstico

Necessidade de se estudar o comportamento térmico dos fornos (viabilidade do processo de substituição)

Fornos túneis e gás natural - tendências mundiais Situação brasileira:

• Empresas começando a instalar fornos túneis• Uso de lenha (crescentes barreiras legais) e resíduos de

madeira (aumento no uso para fins mais nobres)

Formação de recursos humanos no setor

Metodologia

Grupo I - Conversão de forno contínuo, tipo túnel, para a queima de gás natural

Grupo II - Conversão de forno intermitente para a queima de gás natural

Grupo III – Projeto e Simulação de um novo forno para a queima de gás natural

Para cada grupo são desenvolvidas ferramentas de análise e diagnóstico, que são planilhas comparativas e gráficos, bem como um programa específico de simulação computacional

Grupo I - Forno Túnel

Características gerais: Comprimento total: 80 m Largura total: 2,5 m (1,45 m úteis) Altura total: 2 m (1,30 m úteis) Capacidade produtiva máxima: 900 ton de queimados/mês Ciclo de queima: 50 horas Combustível: serragem

Método Matemático

Divisão do forno em 3 zonas e em 80 volumesBalanço de massa:

Gases e carga

Balanço de energia: Gases, carga, vagonetas, paredes, abóbada e piso Regime permanente Condução, convecção e radiação consideradas

Inputs: Produção, consumo de combustível e vazão de ar

Outputs: Perfil de temperaturas Balanço térmico do forno

Simulação Computacional

Simulações com gás natural: efeito da recuperação de calor

0

100

200

300

400

500

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700

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Posição x(m)

Te

mp

era

tura

(ºC

)

1,0m3/s

1,1m3/s

1,2m3/s

1,3m3/s

1,4m3/s

Valores experimentais do Gas

Análise de Resultados

Balanço térmico do forno:

Consumo Simulado (m3/dia) Consumo Medido (m3/dia) 1433 1499

Potência Simulada (kW) Potência Medida (kW) 659,9 668,6

Saída Total de Energia (kW) %

Convecção Parede 101,26 15,3 Radiação Parede 45,66 6,9 Convecção Abóbada 78,63 11,9

Radiação Abóbada 37,71 5,7 Somatório paredes e abóbada 263,26 39,8 Somatório paredes e abóbada 263,26 39,8 Condução Piso 14,18 2,1 Gases Chaminé 127,04 19,2 Gases Secador 41,07 6,2 Saída de Calor com a Carga 55,62 8,4 Saída de Calor com a Vagoneta 62,66 9,5 Eliminação da Água Residual 24,89 3,8 Reação Endotérmica - Caulinita 71,19 10,8

Total 659,9 100

Melhorias

Ampliação da zona de resfriamento

Isolamento lateral

Obras no secador

Camada de cinzas

Instalação do Gás Natural

Conjunto Detalhe Queimador

Gás NaturalQueimador

Grupo II – Forno Intermitente

P iso

T am b.

T ar

G a se s p a ra c ha m iné

Abóbada

Carga

Parede latera l Gases do fo rno

Grupo II – Forno Intermitente

Produção de Lajotas 30x30cm - Glasuradas. Set/2002

Simulação Computacional

0

100

200

300

400

500

600

700

800

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1000

1100

1200

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66Tempo [h]

Tem

pera

tura

[ºC

]..

Chaminé simulação

Chaminé medição

Abóbada simulação

Abóbada medição

Carga simulação

Carga medição

Análise de Resultados

Parcela de Energia Energia [Joules] PercentualAquecimento da carga 3.28E+10 22%Aquecimento dos gases do forno 1.04E+08 0%Aquecimento dda abobáda do forno 7.51E+09 5%Aquecimento da parede lateral 4.52E+10 30%Aquecimento do piso 6.02E+09 4%Aquecimento ddos gases do piso 6.04E+06 0%Aquecimento ddos gases da base 7.00E+06 0%Aquecimento da base 1.18E+10 8%

Total para aquecimento do forno 1.03E+11 69%Perdas por radiação na abobáda 3.62E+09 2%Perdas por convecção na abobáda 2.14E+09 1%Perdas por radiação na superfície externa da parede 2.29E+09 2%Perdas por convecção na superfície externa da parede 2.39E+09 2%Perdas por condução na superfície externa da parede 4.16E+07 0%Perdas por condução da base para o solo 3.08E+08 0%Perda pela chaminé 3.58E+10 24%

Total de perdas 4.66E+10 31%Produção de energia com a queima do combustível 1.50E+11 100%

Grupo III - Forno construído

Grupo III – Sistema de queima

Conclusões

• Coerência entre os resultados das simulações e a prática. Esta coerência nos assegura que dispomos de uma ferramenta bastante útil, a ser utilizada no projeto de novos fornos; • Facilidades de controle e regulagens para vários níveis de produção e para cada tipo de produto a ser fabricado; uniformidade do produto final;• Maior limpeza do parque de produção; não há necessidade de estocagem;• Programável, menor necessidade de operadores;• Fornalhas de construção mais simples, queima diretamente no interior do forno;• O setor ainda tem dificuldades relacionadas ao preço do insumo.

Nome do(s) Autor(es)

tales@cet.ufsc.br, Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Mecânica

AGRADECIMENTOS

Dados do(s) Autor(es)

Tales G. Jahn, Vicente de P. Nicolau, Alessandro P. Dadam, Rafael F. Hartke, Luis G. de M. Freire