RESULTADOS OBTIDOS COM O USO DO GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA CERÂMICA VERMELHA Tales G. Jahn, Vicente...
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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
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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
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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)
[email protected], 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