CONTROLE DE TEMPERATURA NA SAÍDA DE MOINHO
VERTICAL DE CIMENTO
Teodoro Gomes da Silva Filho1
Terence Mól Santos2
Orientador: Prof. Dr. Idalmo Montenegro de Oliveira3
RESUMO
O objetivo do presente trabalho é evidenciar algumas práticas
industriais relacionadas ao controle da temperatura na saída do moinho vertical
de cimento e entender a importância de controlar as condições operacionais a
montante do moinho, o sistema de geração de gases quentes, como premissa
principal na estabilidade do processo de moagem e melhorar o aproveitamento
operacional do moinho de rolos na produção de cimento. Uma vez que há uma
variação da umidade dos materiais alimentados e é necessário promover a
secagem dos mesmos no fluxo em contracorrente dentro do próprio moinho. Um
controle instrumentalizado através de módulos do controle lógico operacional e
PID (Proporcional Integral Derivativo), foi instalado para que o sistema mantenha
o teor de umidade sob controle, atuando no sistema gerador dos gases quentes. O
objetivo fim é manter a vibração em níveis baixos (parâmetro importante na
manutenção da operacionalidade da moagem de cimento) atuando diretamente no
controle de temperatura na saída do moinho.
Palavras chaves: controle de temperatura, estabilidade do processo de moagem,
fonte geradora de gases quentes.
1
Graduando em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Kennedy
Graduando em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Kennedy
3
Professor Orientador
2
Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014.
I.
Lista de figuras
FIGURA 1 - SISTEMA HIDRÁULICO PARA CONTROLE DAS PRESSÕES DE MOAGEM ...................... 10
FIGURA 2 - ESQUEMA DO ROLO DE PREPARAÇÃO DE CAMADA E ROLO DE MOAGEM .................. 11
FIGURA 3 - MESA DE MOAGEM E ROLO DE MOAGEM ............................................................... 12
FIGURA 4 - LEITO FLUIDIZADO ............................................................................................... 14
FIGURA 5 - OPERAÇÃO DO MOINHO ....................................................................................... 18
FIGURA 6 - PERFIL TÉRMICO DAS FASES EMULSÃO E BOLHA DO LEITO FLUIDIZADO ................... 21
FIGURA 7 - PERFIL AJUSTADO A UMA TEMPERATURA FINAL DE 1050 OC. .................................. 22
FIGURA 8 - NÚMERO DE BOLHAS X ALTURA DO LEITO.............................................................. 23
FIGURA 9 - NÚMERO DE MOLS M3 X ALTURA DO LEITO ............................................................. 23
II.
Lista de tabelas
TABELA 1 ............................................................................................................................ 17
TABELA 2 ............................................................................................................................................................ 19
TABELA 3 ............................................................................................................................................................ 20
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................... 8
1. Descrição do processo de operação da moagem e controle de temperatura. 9
1.1 Gerador de gases quentes ............................................................................. 13
2. Justificativa ................................................................................................. 14
3. Objetivo Geral ............................................................................................. 15
4. Objetivo específico...................................................................................... 15
5. Metodologia ................................................................................................ 16
6. Parâmetros de simulação de um gerador de gases quentes....................... 19
7. Conclusão ................................................................................................... 24
8. Referencias bibliográficas ........................................................................... 25
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INTRODUÇÃO
A condição operacional do moinho requer um controle lógico instrumentalizado e
acompanhamento das variáveis que interferem diretamente na operação do moinho,
seja a umidade dos insumos de alimentação, o patamar de alimentação, as
regulagens dos parâmetros da vazão de gases de exaustão totais, a recirculação
dos gases, a temperatura da saída do filtro de mangas, o controle de vibração dos
rolos de moagens, a injeção de água, o controle da altura da camada de moagem, a
pressão dos rolos de moagem, o sistema de detecção magnética e desvio de
material contaminado por metais, alimentação e a geração de temperatura
adequada do gerador de gases quentes, a monitoração da pressão diferencial de
pressão do leito fluidizado, que incidem diretamente no bom controle da temperatura
de saída do moinho. Todas as condições citadas são premissas fundamentais para
o bom funcionamento do conjunto e dependentes dos sensores de campo, como
medidores de vazão, vibração, pressões e temperaturas.
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1. Descrição do processo de operação da moagem e controle de
temperatura.
O material é alimentado ao moinho através da válvula rotativa e pelo tubo de
descida até a mesa de moagem giratória. Antes da válvula rotativa há um sensor
detector de metálicos que desvia materiais metálicos para fora do circuito caso sua
presença possa ser detectada pela regulagem da sensibilidade do detector. O
material alimentado passa pela eclusa rotativa e cai no tubo de alimentação, este
dotado de sistema de canhões de ar a fim de promover a limpeza permanente deste
tubo até a mesa de moagem, e por efeito centrífugo a alimentação e o retorno do
separador dinâmico é lançado sob os rolos preparadores de camada e logo a frente
dos rolos preparadores de camada é injetado uma lâmina d’água para estabilizar a
camada de material a ser moído, que por cisalhamento promove a redução da
granulometria e mantendo os níveis de vibração da mesa de moagem
mecanicamente estáveis, ou seja, de 3,0 a 8,0 mm/s. O local de mais alta pressão é
na parte mais externa do rolo de moagem e por sua vez mantêm uma pressão
conforme o set point preconizado para atingir o acabamento do material e é exaurido
juntamente com os gases quentes oriundo do gerador de gases quentes e vai para o
separador dinâmico onde ocorre a separação de partículas grossas e finas. Os finos
passarão e seguirão diretamente ao filtro de mangas e depois direto para o sistema
de transporte de cimento até o silo e o material grosso e não moído retorna a mesa
para nova moagem.
Os rolos tensionados por pressão hidráulica provocam uma força de cisalhamento
nos materiais, e ao reduzirem a granulometria. A pressão de moagem varia de 58
bar a 105 bar, e são regulados conforme finura preconizada ao tipo de cimento que
estiver sendo produzido.
O processo de moagem é contínuo e dependem de fatores mecânicos como a
resposta da pressão dos rolos, vibração dos rolos, temperatura de saída do moinho
e a pressão na base do moinho para manter o conjunto em harmonia e marcha
contínua.
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FIGURA 1 - Sistema hidráulico para controle das pressões de moagem
Fonte: Moinho Loesche para cimento e escória de alto forno granulado, pág 9
Acima observamos o conjunto do sistema de acionamento e o amortecedor de
impacto do rolo de moagem, o balancim do rolo máster de moagem, as mangueiras
hidráulicas do acionamento, os acumuladores de nitrogênio, o balancim na posição
acionado e o cilindro hidráulico do rolo principal.
O material seco e moído é arrastado para cima pela vazão de gases juntamente
num ambiente onde os gases quentes advindos da recirculação e também de uma
fonte geradora de gases quentes provocam a evaporação da umidade contida
promovendo secagem imediata e permitindo a moagem.
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FIGURA 2 - Esquema do rolo de preparação de camada e rolo de moagem
Fonte: Moinho Loesche para cimento e escória de alto forno granulado, pág 3
A figura acima mostra a principal função do rolo auxiliar que prepara e uniformiza a
altura da camada para que o rolo de moagem principal tenha a maior estabilidade na
moagem e opere com a menor taxa de vibração e assim garantindo uma condição
normal de moagem.
Os gases quentes entram no moinho numa escala de 250ºC a 330ºC, neste
momento faz-se necessário uma injeção de água em forma de leque, com vazão de
1,0 a 5,0 m3/h para estabilizar o leito de material defronte aos rolos de moagem. O
material de retorno do separador conjuntamente com a nova alimentação atinge o
centro da mesa moedora, depois de moídos são conduzidos ao separador dinâmico
por arraste junto com ar quente e os vapores de água da secagem. No separador,
que possuem uma rotação variável, a fim de permitir que somente os materiais
finamente moídos continuem seu fluxo (através da gaiola de separação) até o filtro
de mangas para serem separados (ar x material). Posteriormente, são coletados por
calhas fluidizadas e conduzidos para os sistemas de transporte por correias
transportadoras, elevadores de canecas e calhas fluidizadas até o silo de estocagem
do produto final, cuja granulometria é da ordem de < 1% retido na malha 0,044mm e
ou de acordo com a receita granulométrica já preconizada pelo tipo de produto
requerido.
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O sistema de moagem possui as seguintes variáveis de ajustes de controle: pressão
dos rolos de moagem, vazão de alimentação fresca, vazão de injeção de água
formadora de camada, vazão de gases quentes, vazão de ar de exaustão dentro do
moinho, pressão na base do moinho. Todas as variáveis de controle são regidas
pela temperatura da saída do moinho que é a principal variável, se muito alta pode
provocar saída rápida do material da mesa de moagem e promover diminuição da
camada com consequente vibração do moinho, se baixa pode ser muito perigoso,
pois pode atingir o ponto de orvalho dentro do filtro de mangas e provocar sérios
danos ao sistema filtrante e de transporte. Todas as variáveis de controle tendem a
operar no limite da instalação dependendo da capacidade de secagem do sistema.
FIGURA 3 - Mesa de moagem e rolo de moagem
FONTE: Moinho Loesche para cimento e escória de alto forno granulado, pág 1
A figura acima se observa no centro e acima da mesa o fundo do cone do separador
dinâmico, por onde cai todo o material rejeitado pelo separador para nova
oportunidade de moagem.
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1.1 Gerador de gases quentes
O sistema de geração de gases quentes consiste num leito fluidizado, que
alimentado com coque bruto, cuja granulometria deve ser inferior a 12 mm que
aquece o leito de areia a 800ºC – 850ºC, cuja temperatura pode ser ajustado
controlando a injeção de coque e a vazão do ar insuflado. A injeção de coque é feita
por rosca transportadora controlando a amperagem, afim de que manter tempo de
ignição curto e o patamar desejado da temperatura no leito, de tal forma que se
possa obter o máximo de temperatura do leito. O leito de areia com teor mínimo de
95% de quartzo e granulometria 80% maior que 0,5 mm e manter as condições de
pressão diferencial entre o fundo de aeração e o leito superior em patamares > 58
mbar a 62 mbar representa uma condição máxima de geração e recuperação de
calor do leito fluidizado, limite máximo preconizado do gerador de gases quentes. A
pressão é controlada fazendo-se as recargas de areia através do mesmo circuito de
dosagem de combustível e é feito de forma gradual. Devem-se efetuar recargas a
fim de manter a pressão de operação recomendada e garantir a eficiência máxima
de geração de calor do sistema.
O insuflamento de ar no leito fluidizado é premissa fundamental para as condições
de controle de geração de gases quentes. O controle é feito através de válvula
reguladora em comando remoto a jusante do ventilador na operação. A temperatura
de saída do teto do gerador varia de 900ºC a 1120ºC, cuja vazão de gases é
aumentada através do ventilador de diluição instalado a jusante do gerador. A vazão
e temperatura do fluxo podem ser controladas por este ventilador diluidor, conforme
demanda da temperatura de saída do moinho, cuja variação é influencia pela
umidade do material alimentado e também pela injeção de água requerida para o
controle da camada de material para moagem e para estabilizar a vibração da mesa
de moagem.
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15/09/13
FIGURA 4 - Leito fluidizado
Disponível em: http://www.icon-sa.com.br/icon-maq-pt/pg-ggq.php acesso
A figura acima notou a fluidização do leito quente de areia, neste momento ocorre a
troca térmica do ar frio insuflado que passa por entre o leito quente de areia
produzindo os gases quentes.
2. Justificativa
O presente estudo visa apresentar as melhores condições operacionais que
represente melhor produtividade objetivando auxiliar o controle automatizado do
moinho de rolos cominuindo o cimento através da secagem através de uma fonte de
calor.
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3. Objetivo Geral
Levantar condições que aperfeiçoe o controle de temperatura no moinho vertical.
4. Objetivo específico

Controlar recargas de areia no leito do gerador de gases quentes para
garantir a geração de gases quentes.

Garantir o máximo de gases quentes produzidos no gerador de gases
quentes.

Controlar a temperatura na saída do moinho, a fim de permitir a produção
máxima.

Garantir uma camada estável no leito de moagem.

Minimizar as vibrações na mesa de moagem decorrentes das variações da
camada de material.

Descrever lógica de controle de alimentação do moinho em função da
temperatura.
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5. Metodologia
A operação do moinho vertical de rolos é uma operação contínua. Para atingir os
parâmetros preconizados no projeto da instalação requer uma otimização do
processo que inclui todas as etapas de preparação dos insumos, seja a formação de
misturas, dosagens de materiais e manutenções preditivas, corretivas e de todas as
áreas de apoio da mecânica, elétrica, instrumentação, automação e produção. As
operações têm como premissa manter o fluxo de materiais de alimentação constantes
e contínuos de dentro das especificações preconizadas para alimentação do moinho de
rolos. Devido os materiais ser estocados a céu aberto, há uma importante variação
da umidade e é um parâmetro muito importante na operação de moagem.
Controle de temperatura é de fundamental importância para o processo um todo
(BRISTOT, 2002)
Materiais como escórias, possuem teores de materiais metálicos e que precisam ser
retirados. Esta retirada é feita com uso de eletroímã instalados no circuito de
transporte a fim de garantir que todo material metálico seja expulso do material a ser
alimentado no moinho. Os circuitos de alimentação possuem detectores de metais
que possuem regulagens de sensibilidades, e pode desviar o fluxo para fora caso
tenha presença de metálicos que por sua vez não tenham sido retirados através dos
sistemas. A alimentação é para fora automaticamente por tempos previamente
definidos e pode varias de 2 a 3 segundos, uma vez que a presença destes
materiais é indesejável dentro do moinho, pois poderá ser danosa a mesa e aos
rolos provocando aceleração de desgastes.
Abaixo características ideais para os insumos de alimentação.
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TABELA 1
Característica granulométrica da alimentação do moinho
FONTE: Moinho Loesche para cimento e escória de alto forno granulado, pág 3
A tabela acima mostra a característica granulométrica dos principais insumos, bem
como os limites de umidades.
Há um desgaste comum na mesa e rolos de moagem e para garantir os patamares
de produção é necessário manter o nível de desgaste controlado. Uma vez
desgastado podem ser retificados IN LOCU com solda. À medida que o desgaste
avança as condições de moagem, como capacidade de moagem, vibração é
prejudicada, elevando o aumento do kWh/t.
Operação da moagem com temperatura do leito controlado
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FIGURA 5 - Operação do moinho
O gráfico acima mostra um momento de operação do moinho com a temperatura do
leito dentro de parâmetros de controle e uma maximização da produção para o
produto. Evidenciando a importância da temperatura do leito do gerador de gases
quente com boa estabilidade com relação direta no conjunto operacional.
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TABELA 2
Tratamento estatístico dos dados do simulador
Os dados estatísticos acima se referem condições operacionais de um gerador
gases quentes e um moinho vertical e denotam a influência positiva na estabilidade
dos sistemas que operam interligados.
6. Parâmetros de simulação de um gerador de gases
quentes
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TABELA 3
Dados do simulador do gerador de gases quentes
(continua)
TABELA 3
Dados do simulador do gerador de gases quentes
(conclusão)
As tabelas acima compoem de entrada de dados para o simulador do gerador de
gases quentes.
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FIGURA 6 - Perfil térmico das fases emulsão e bolha do leito fluidizado
Com os dados acima foi possível estimar o perfil térmico ao longo do leito fluidizado
objetivando adequar a condição de operação do leito para atingir temperatura final
da emulsão de 1050oC. Inicialmente considerando a temperatura do leito inicial de
850 oC foi avaliado o seguinte perfil das fases concluindo.
 A temperatura ao longo do leito apresenta uma elevação para um máximo de
1138 oC terminando em 1062 oC próximo do mínimo de 1050 oC.
 A fase bolha não apresenta alteração substancialmente de temperatura
(850,2 oC).
 O leito apresenta altura mínima de fluidização da ordem de 1,43 m, bem
acima da altura informado de 0,4m, indicando alteração do leito podendo o
mesmo operar a um máximo possível de 1,44m.
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FIGURA 7 - Perfil ajustado a uma temperatura final de 1050 oC.
 Com alteração da temperatura inicial do gás para 846,7 oC foi possível ajustar
a temperatura final do leito em 1050 oC conforme necessidade do sistema
térmico. Foi possível determinar a eficiência energética de 77,4% dentro da
faixa de recuperação energética do sistema.
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FIGURA 8 - Número de bolhas x altura do leito
Conforme observado pelo gráfico acima, é possível avaliar a coalescência de bolhas
ao longo da altura do leito, indicando a formação de bolhas maiores no topo do leito.
FIGURA 9 - Número de mols m3 x altura do leito
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Conforme observado pelo gráfico acima, é possível avaliar o consumo de coque ao
longo da altura do leito indicando a alta conversão em pouca altura do leito.
7. Conclusão
O controle de calor na saída do moinho vertical de cimento é premissa fundamental na
moagem, uma vez que o produto do moinho é higroscópico e precisa operar numa faixa de
melhor desempenho na secagem de toda a alimentação, sem atingir condensação no
sistema de desempoeiramento do moinho. O filtro de mangas requer uma estabilidade da
temperatura e pressão diferencial, garantindo a vazão aerólica dos gases em valores
constantes e máximos de forma que as variáveis controladas mantenham a temperatura
dentro d a faixa de operação.
Sua alteração pode influenciar na totalidade da operação, com reflexos imediatos na
produção, na estabilidade do processo.
O gerador de gases quentes deve manter a estabilidade sem influenciar na capacidade da
moagem, garantindo a secagem e a vazão dos gases, permitindo que esta variável nunca
seja um limitador, mas sim um fator essencial à maximização da produção.
Com a simulação ficou evidente que o sistema do gerador instalado tem a capacidade
suficiente para atender a demanda de gases quentes e a temperatura requerida em marcha
contínua como condição de melhor ótima para o desempenho da moagem.
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8. Referencias bibliográficas
1. (s.d.). Acesso em 30 de setembro de 2013, disponível em www.loesche.com.
2. BRISTOT, V. M. (2002). controle de temperatura de secadores ceramicos. Florianópolis, SC,
Brasil.
3. DELABRIDA, M. G. (2011). Melhoria em um processo de produção de uma indústria
cimenteira no centro oeste de Minas Gerais. Formiga, MG, Brasil.
4. Luciano França Rocha. (2010). Controle preditivo na otimização de moinho secadorde carvão
na indústria de mineração. Curitiba , PR, Brasil.
5. www.icon.com.br. (s.d.). Acesso em 15 de setembro de 2013
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