IBP0468_05
RESULTADOS OBTIDOS COM O USO DO GÁS NATURAL NA
INDÚSTRIA CERÂMICA VERMELHA
Tales G. Jahn, Vicente de P. Nicolau, Alessandro P. Dadam,
F. Hartke, Luis G. de M. Freire
Rafael
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 volumes
Balanço 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
900
1,0m3/s
800
1,1m3/s
700
1,2m3/s
1,3m3/s
Temperatura (ºC)
600
1,4m3/s
500
Valores experimentais do Gas
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Posição x(m)
55
60
65
70
75
80
85
90
Análise de Resultados
Balanço térmico do forno:
Consumo Simulado (m3/dia)
1433
Potência Simulada (kW)
659,9
Saída Total de Energia
Consumo Medido (m3/dia)
1499
Potência Medida (kW)
668,6
(kW)
%
Convecção Parede
Radiação Parede
Convecção Abóbada
101,26
45,66
78,63
15,3
6,9
11,9
Radiação Abóbada
Somatório paredes e abóbada
37,71
263,26
5,7
39,8
Somatório paredes e abóbada
Condução Piso
Gases Chaminé
Gases Secador
Saída de Calor com a Carga
Saída de Calor com a Vagoneta
Eliminação da Água Residual
Reação Endotérmica - Caulinita
Total
263,26
14,18
127,04
41,07
55,62
62,66
24,89
71,19
659,9
39,8
2,1
19,2
6,2
8,4
9,5
3,8
10,8
100
Melhorias
Ampliação da zona de
resfriamento
Camada de
cinzas
Isolamento
lateral
Obras no secador
Instalação do Gás Natural
Conjunto
Queimador
Detalhe Queimador
Gás Natural
Grupo II – Forno Intermitente
Abóbada
Tamb.
Carga
Parede lateral
Gases do forno
Tar
Piso
Gases para c haminé
Grupo II – Forno Intermitente
Produção de Lajotas 30x30cm - Glasuradas. Set/2002
Simulação Computacional
Análise de Resultados
Parcela de Energia
Aquecimento da carga
Aquecimento dos gases do forno
Aquecimento dda abobáda do forno
Aquecimento da parede lateral
Aquecimento do piso
Aquecimento ddos gases do piso
Aquecimento ddos gases da base
Aquecimento da base
Total para aquecimento do forno
Perdas por radiação na abobáda
Perdas por convecção na abobáda
Perdas por radiação na superfície externa da parede
Perdas por convecção na superfície externa da parede
Perdas por condução na superfície externa da parede
Perdas por condução da base para o solo
Perda pela chaminé
Total de perdas
Produção de energia com a queima do combustível
Energia [Joules]
Percentual
3.28E+10
1.04E+08
7.51E+09
4.52E+10
6.02E+09
6.04E+06
7.00E+06
1.18E+10
22%
0%
5%
30%
4%
0%
0%
8%
1.03E+11
69%
3.62E+09
2.14E+09
2.29E+09
2.39E+09
4.16E+07
3.08E+08
3.58E+10
2%
1%
2%
2%
0%
0%
24%
4.66E+10
31%
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.
AGRADECIMENTOS
Nome do(s) Autor(es)
Tales G. Jahn, Vicente de P. Nicolau, Alessandro P. Dadam,
F. Hartke, Luis G. de M. Freire
Dados do(s) Autor(es)
[email protected], Universidade Federal de Santa Catarina,
Departamento de Engenharia Mecânica
Rafael