WORKSHOP:
GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA
CERÂMICA
Projeto de P&D da COMGAS voltado para indústria
Cerâmica.
USO DO GÁS NATURAL PARA A SECAGEM FORÇADA DE
ARGILA PARA PLACAS CERÂMICAS NO PÓLO CERÂMICO DE
SANTA GERTRUDES E COGERAÇÃO
Laiete Soto Messias – FIGENER S.A.
José Francisco Marciano Mota - IPT
Hudson Barreto Brito - COMGAS
OBJETIVOS E METAS DO PROJETO
• Conhecer e estabelecer os limites técnicos da secagem, para que as argilas
apresentem, no processo cerâmico, desempenho similar ou superior aos da
argila seca ao sol;
• Análise e concepção do sistema térmico que busque viabilizar
economicamente a secagem forçada da argila conjugando a geração de
energia elétrica / mecânica e energia térmica por meio de um sistema de
cogeração; e,
• Propiciar um sistema de secagem que minimize o impacto ambiental na
região do Pólo de Santa Gertrudes.
INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE
REVESTIMENTOS CERÂMICOS
SITUAÇÃO
ATUAL
DIESEL
argila
GÁS
NATURAL
ENERGIA
SOLAR
PROCESSO NATURAL
DE SECAGEM EM
PÁTIOS ABERTOS
OPERAÇÕES
Transporte
Armazenamento
Desintegração/destorroamento
Secagem natural
argila
ENERGIA
ELÉTRICA
PROCESSAMENTO
INDUSTRIAL
OPERAÇÕES
Moagem via seca
Prensagem
Decoração
Secagem do produto
Queima
MINERAÇÃO, TRANSPORTE E PRÉ-SECAGEM DA ARGILAS EM PÁTEOS
INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE
REVESTIMENTOS CERÂMICOS
SITUAÇÃO FUTURA
GÁS
NATURAL
argila
ENERGIA
ELÉTRICA
PROCESSO ARTIFICIAL
DE SECAGEM EM
AMBIENTES FECHADOS
OPERAÇÕES
Transporte
Armazenamento
Desintegração/destorroamento
Secagem
GÁS
NATURAL
argila
ENERGIA
ELÉTRICA
PROCESSAMENTO
INDUSTRIAL
OPERAÇÕES
Moagem via seca
Prensagem
Decoração
Secagem do produto
Queima
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA ARGILA NA SECAGEM
3,50
Strength
valueà Flexão
((MPa)
Módulo de Ruptura
(MPa)
3,00
2,50
Clay A
2,00
1,50
Clay B
1,00
0,50
0,00
0
100
200
300
400
500
600
700
o
Temperatura ( C)
Temperature (o C)
Argila"A"
Argila "B"
• Conclusão: a temperatura do agente de secagem deve ser mantida abaixo de 250 oC
para preservar as características da argila.
CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM SECADOR TIPO CILINDRO ROTATIVO
CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEM
DESINTEGRADOR
FILTRO
SECADOR
MANGAS
CHAMINÉ
GERADOR DE GASES
QUENTES
GÁS
NATURAL
EXAUSTOR
VENTILADOR DE
'
'
AR DE DILUIÇÃO
'
'
Alimentação de
argila
SILOS DE ARGILA SECA
Exaustão de
gases úmidos
'
Seção de
medida
Queimador
Cilindro rotativo
Gerador de
gases quentes
'
'
CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM GERADOR DE GASES QUENTES
CAIXÃO DE
AL IMENTAÇÃO /
DO SAGEM
ARGILA
14 % umidade
CHAMINÉ
FILTRO
DESIN TEG RADO R
MANGAS
GERADOR DE GASES
QUENTES
EXAUSTOR
GÁS
NATURAL
VENTILADOR DE
AR DE DILUIÇÃO
CONJUNTO GERADOR DE GASES QUENTES
Capacidade térmica instalada: 7,63 MW
SECADORES
'
'
'
'
SILOS DE ARGILA SECA
• Fabricante gerador: KEI-TEK
• Consumo máximo de gás natural: 698 Nm3/h
• Temperatura dos gases: 200 – 400 oC
'
'
ARGILA
4 % umidade
'
COGERAÇÃO COM MOTOGERADORES
CAIXÃO DE
ALIMEN TAÇÃO /
DO SAG EM
ARGILA
14 % umidade
CHAMINÉ
FILTRO
DESINTEG RADO R
MANGAS
AR DE DILUIÇÃO
EXAUSTOR
GÁS NATURAL
AR DE COMBUSTÃO
FILTROS
SECADORES
CONJUNTOS MOTOGERADORES
Pot. instalada: 3 x 2 MWe
'
'
'
'
SILOS DE ARGILA SECA
• Fabricante Motor: CATERPILLAR G3520 SCAC (20 cil. em V; 1800 rpm, 86 l)
'
'
• Gerador elétrico: 2000 kWe:
• Consumo de gás natural: 552
Nm3/h
(!00% carga); 408
Nm3/h
(75 %); 286
Nm3/h
(50 %)
ARGILA
4% umidade
'
COGERAÇÃO COM TURBOGERADOR
CAIXÃO DE
ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEM
ARGILA
14 % umidade
CHAMINÉ
FILTRO
DESINTEGRADOR
GÁS NATURAL
AR
ATMOSFÉRICO
COMPRESSOR DE
GÁS NATURAL
MANGAS
AR DE DILUIÇÃO
CÂMARA DE
COMBUSTÃO
EXAUSTOR
COMPRESSOR
TURBINA
GERADOR
CONJUNTO TURBOGERADOR
Pot. Instalada: 3,5 MWe
SECADORES
'
'
'
'
• Fabricante da turbina: Solar Turbines/TURBOMACH;
• Modelo: TBM C-40 (Centaur 40);
• Potência no eixo: 3712 kW
• Rotação: 14951 rpm;
• Consumo de GN: 1153 Nm3/h (100 % carga);
SILOS DE ARGILA SECA
'
'
ARGILA
4 % umidade
'
ANÁLISE COMPARATIVA
Disponibilidades de calor / trabalho
TOTAL
Calor (térmica)
Trabalho
(Elétrica)
Calor / Trabalho
GERADOR
DE GASES
QUENTES
MOTOGERADOR
TURBOGERADOR
[kW]
5140
10495
7915
[kW}
5140
5140
5140
[%]
100
49,0
64,9
[kW]
zero
4078
2142
[%]
zero
38,8
27,0
---
1,26
2,40
COGERAÇÃO
ANÁLISE ECONÔMICA
SECAGEM ARTIFICIAL
SECAGEM
NATURAL
SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO
SOLUÇÃO
CONVENCIONAL
MOTOGERADOR
TURBOGERADOR
[Nm3/m2 ]
1,00
1,19
1,37
1,28
POTÊNCIA TOTAL DESENVOLVIDA
[kW]
----
5396
10495
7915
POTÊNCIA TÉRMICA GERADA
[kW]
----
5140
5140
5140
POTÊNCIA ELÉTRICA GERADA
[kW]
----
-----
4078
2142
DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA
CONTRATADA
[kW]
2842
3197
----
1054
[R$/ano]
----
623.775,00
6.481.385,00
2.219.445,00
INVESTIMENTO
[R$]
----
3.555.921,00
8.932.775,00
8.216.604,00
TAXA INTERNA DE RETORNIO
[%]
----
15,53
72,54
26,19
CONSUMO ESPECÍFICO
ECONOMIA LÍQUIDA
BASE DE CÁLCULO:
Produção: 1.650.000,00 m2/mês
Tarifas: gás natural = 0,737598 R$/Nm3 (normal); 0,679336 R$/Nm3 (cogeração); e. elétrica=9,26 R$/kW ; 0,22488 R$/kWh
IMPACTOS DA COGERAÇÃO NO PÓLO DE SANTA GERTRUDES EM DIFERENTES
CENÁRIOS
CENÁRIOS FUTUROS
CENÁRIO
ATUAL
PRODUÇÃO ANUAL (2008)
SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO
SOLUÇÃO
CONVENCIONAL
MOTOGERADOR
TURBOGERADOR
106 m2
378
378
378
378
CONSUMO ESPECÍFICO
[Nm3/m2 ]
1,00
1,19
1,37
1,28
CONSUMO DIÁRIO DE GN NO PÓLO
[Nm3/dia]
1.035.616
1.233.589
1.420.640
1.325.984
[MW]
54,25
61,03
-17,51
20,12
[%]
21
21
21
21
[Nm3/dia]
1.605.664
1.874.834
1.236.671
1.537.406
[%]
35
35
35
35
[Nm3/dia]
1.375.947
1.616.426
1.310.306
1.452.207
[%]
55
55
55
55
[Nm3/dia]
1.252.190
1.477.212
1.350.746
1.406.308
DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA DA
REDE
GERAÇÃO NA
UTE CARIOBA
A ÓLEO (*1)
Eficiência térmica
GERAÇÃO NA
UTE CARIOBA
(repotenciada a
GN)
Eficiência térmica
GERAÇÃO NA
UTE NOVA
PIRATININGA
Eficiência térmica
Consumo de GN (*2)
Consumo de GN (*2)
Consumo de GN (*2)
(*1) Consumo equivalente energético óleo/GN;
(*2) Consumo global de gás natural para o Pólo (fabricação + geração de energia elétrica)
CONCLUSÕES
• É possível executar as operações de secagem da argila de modo artificial em
substituição à prática de secagem natural em pátios. A temperatura do agente de
secagem não deverá exceder a temperatura de 250 oC, sob pena de comprometer
a qualidade dos processos subseqüentes de conformação das placas cerâmicas;
• Todas as alternativas de sistemas de secagem propostas mostraram-se viáveis
técnica e economicamente, com vantagens para a configuração com
motogeradores; e
• Num cenário de geração centralizada de energia elétrica em termoelétricas a gás
natural, a adoção de sistemas de cogeração para secagem de argila de modo
generalizado nas indústrias do pólo, pode resultar redução do consumo global de
energia.