AVALIAO DOS GASES DE COMBUSTO PRODUZIDOS COM A QUEIMA DE LENHA EM OLARIAS NO ESTADO DA PARABA.

E. P.Almeida1*, A. F. F. Queiroga 2, L. R. Porto 2, T. C. Brando 2, E. M. N. M. Arajo 2, A. C. F. M. Costa 1

1Universidade Federal de Campina Grande, Departamento de Engenharia de

Materiais, Av. Aprgio Veloso 882, Bodocong, 58109 970, Campina Grande

PB, Brasil.

e-mail: anacristina@dema.ufcg.edu.br1*Doutoranda em Engenharia de Processos

2 CEPIS Centro de Produo Industrial Sustentvel/SEBRAE - Sistema Brasileiro

de Apoio s Micro e Pequenas Empresas, Campina Grande PB, Brasil.

RESUMO

Devido significativa desertificao ocorrendo no Estado da Paraba, e em

todo o Nordeste do Brasil, o CEPIS - Centro de Produo Industrial Sustentvel,

juntamente com a UFCG Universidade Federal de Campina Grande viu a

necessidade de fazer um estudo com as olarias do Estado da Paraba, com a

produo de gases gerados pela queima da lenha. O objetivo desse trabalho

avaliar os gases de combusto produzidos pela queima de lenha em olarias no

Estado da Paraba. Os gases de combusto foram analisados com um Analisador de

Gs. O equipamento foi introduzido na chamin, com uma altura de trs metros e

durante cinco horas foram analisados os seguintes parmetros: O2, CO2, perdas,

eficincia, temperatura do ar e temperatura dos gases. Os resultados mostram que

em todos os fornos analisados haviam queima incompleta devido entrada de ar

falso nos fornos, aumentando o consumo de lenha para produo de tijolos.

Palavras Chaves: Olarias, gases da combusto, consumo de lenha.

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1. INTRODUO

As olarias no Estado da Paraba so as grandes responsveis pela

desertificao no Estado. O CEPIS - Centro de Produo Industrial Sustentvel um

projeto do SEBRAE-PB em parceria com a Secretaria de Estado do Governo da

Sua - SECO e Universidade Federal de Campina Grande-PB, vem realizando um

trabalho juntamente com as olarias do Estado da Paraba para reduzir o consumo de

lenha para produo de cermica vermelha, atravs da metodologia de Produo

mais Limpa, que a aplicao contnua de uma estratgia ambiental preventiva

integrada, aplicada aos processos, produtos e servios, a fim de incrementar a

eficincia e reduzir os riscos aos seres humanos e ao meio ambiente. Seu elemento

fundamental a preveno, ao invs das solues de remediao via tratamentos

fim-de-tubo, para os problemas ambientais. A Produo mais Limpa inclui medidas

como: boas prticas administrativas, modificaes no processo, eco-desenho dos

produtos e tecnologias limpas.[1].

Como no h reflorestamento, o problema do desmatamento, sem nenhum

critrio, de reas vitais torna-se muito grave, alimentando cada vez mais e de forma

decisiva a desertificao da regio [2].

Atualmente, a lenha a principal fonte de energia para a queima em fornos

cermicos, que alm de resduos poluentes, libera grande quantidade de gs

carbnico na atmosfera, contribuindo para o aumento do efeito estufa do globo

terrestre [3].

A argila matria-prima natural utilizada no processo de fabricao de tijolos

do tipo de vrzea. As argilas so compostas na maioria de slica e alumina

(Al2O3.4SiO2.2H2O). Durante o processo de queima mudanas podem ocorrer

inicialmente devido decomposio e transformao da fase em alguma das fases

presentes. Com o aquecimento de compactados de ps-finos ocorrem trs grandes

alteraes: aumento no tamanho de gro, mudana no formato dos poros e

mudana no tamanho e quantidade de poros [4].

As emisses gasosas encontram-se presentes quase em sua totalidade na

etapa da queima da lenha. A reao de combusto mais largamente utilizada na

indstria a que utiliza o oxignio como elemento comburente, como mostrado

abaixo:

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Combustvel + O2 CO2 + H2O + KCal (A)

Oxignio Gases Vapor Calor

Na combusto completa, h reao total do carbono com o oxignio, gerando como

produtos dixido de carbono, vapor dgua, xidos de enxofre e nitrognio. Na

combusto incompleta, parte do carbono no reage com o oxignio, produzindo,

alm dos compostos anteriores, monxido de carbono [5]

De acordo com Tapia et al. [6] para uma queima completa, necessrio que a

mistura do combustvel com o ar de combusto se d com o ar em excesso. Mas a

vazo deve ser controlada, evitando um excesso de ar muito elevado que "roubaria"

calor da combusto e aumentaria o consumo de combustvel. Ou seja, se a correta

proporo entre o ar e o combustvel no for mantida, haver insuficincia ou

excesso de ar, alm do mnimo recomendvel e, conseqentemente, perda de

eficincia no processo.

A temperatura utilizada para queima dos tijolos no forno Hoffmann estimada

entre 850C e 900C, e o combustvel utilizado a lenha. O forno de operao

semicontnua.

Com base nos aspectos acima abordado, foram realizadas medies em duas

olarias do Estado, uma localizada no Agreste da Paraba na regio de Guarabira e a

outra localizada na Zona da Mata na Regio de Rio Tinto. Desta forma, o objetivo

principal do trabalho avaliar os gases de combusto produzidos pela queima de

lenha em olarias no Estado da Paraba atravs do monitoramento dos parmetros,

que so eles: %CO2, %O2, perdas, eficincia, temperatura do ar, ppm de CO e

temperatura dos gases, para possveis ajustes na eficincia da queima, contribuindo

para a diminuio de custos, melhoria das emisses, reduo do consumo de lenha

e aumento da produtividade da indstria.

2. MATERIAIS E MTODOS

As anlises dos gases foram realizadas em duas cermicas do Estado da

Paraba. Cermica 1, localizada no municpio de Belm - PB. A unidade fabril possui

um forno tipo Hoffmann, no qual foi realizada a anlise do monitoramento dos gases.

3

O forno possui 40 linhas com quatro bocas cada, com 55 m de comprimento, queima

2.100 tijolos de oito furos em cada linha, alm disso, o forno possui 22 registros para

sada dos gases. A temperatura utilizada para queima estimada entre 850C e

900C, e o combustvel utilizado a lenha. Produz em mdia 9.600 milheiros/ano de

tijolos de oito furos e 120 milheiros/ano de blocos para lajes. Consome em torno de

11.000 m/ano conforme dados coletados pela empresa e atravs de medies.

Cermica 2, localizada no municpio de Rio Tinto - PB. Esta unidade possui trs fornos tipo Hoffmann, nos quais foram realizadas as anlises do monitoramento

dos gases. Produz em mdia 18.000 milheiros/ano de tijolos de oito furos, 1200

milheiros/ano de blocos para lajes, o consumo de lenha encontra-se em torno de

10.800 m3/ano.

Os gases de combusto nas duas olarias foram analisados com um

Analisador de Gs, Modelo 775 TESTO. O equipamento foi introduzido na chamin,

a uma altura de trs metros da base do forno, e durante cinco horas com intervalos

de 15 em 15 min foram analisados os ndices de temperatura do gs de combusto,

temperatura do ar de combusto, CO, CO2, O2, razo entre a massa de ar

estequiomtrica e a massa de ar real (), eficincia () e perdas (i) foram

determinados. As Figuras 1 e 2 apresentam as chamins das Cermicas 1 e 2 onde

foi colocado o analisador de gs para as medies.

Figura 1 Medies de gases (a) Cermica 1 e (b) Cermica 2..

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3. RESULTADOS E DISCUSSO

A Figura 2 apresenta as perdas, % CO, % CO2 produzidos, temperaturas do

ar e temperatura dos gases de combusto. No forno Hoffmann da Cermica - 1,

estes parmetros foram realizados primeiramente com o forno funcionando

normalmente com o exaustor, por volta das 14h 30 min o exaustor foi desligado e

foram realizadas as mesmas anlises. Primeiramente percebe-se que quando as

perdas aumentam, a eficincia da combusto reduz, conseqentemente quando as

perdas esto baixas a eficincia de combusto aumenta. Para a lenha, pode ser

considerado, na prtica, que teores de CO2 acima de 10% indicam uma boa

combusto [6]. Neste forno, verificou-se que os teores de CO2 ficaram em mdia

com 2,2 %, sinalizando uma baixa eficincia na combusto, pois permaneceu abaixo

de 10%.

Figura 2 Comportamento dos gases no forno Hoffmann.

A Figura 3 apresenta o comportamento da eficincia de combusto em funo

da produo de CO (ppm) no forno Hoffmann da Cermica - 1

5

Figura 3 - Eficincia em funo da produo de CO em ppm no forno Hoffmann da

Cermica - 1.

Observa-se na Figura 3 que as curvas de tendncia mostram que quando a

eficincia aumenta, o ppm de monxido de carbono (CO) reduz, sendo o CO perda

na combusto, o que leva a concluir que est ocorreu uma queima incompleta.

As mesmas anlises realizadas no forno da Cermica 1 foram realizadas nos

fornos da Cermica - 2. As medies dos gases de combusto foram feitas na

empresa Cermica 2 nos trs fornos Hoffmann. O equipamento foi instalado e os

dados foram lidos inicialmente no intervalo de 15 em 15 min em mdia. As Figuras 4

e 5 apresentam os resultados obtidos para o forno Hoffmann 01 da Cermica 2.

Figura 4 Anlise dos gases no forno Hoffmann 01 da Cermica 2.

6

A Figura 5 apresenta o comportamento da eficincia de combusto em funo

da produo de CO (ppm) no forno Hoffmann 01 da Cermica 2.

Figura 5 - Eficincia x produo de CO em ppm no forno Hoffmann 01 da Cermica

2.

As anlises foram realizadas primeiramente com o exaustor ligado

funcionando , em seguida foi desligado para verificao do comportamento. Para

este forno observa-se um teor muito baixo de CO2 indicando a ocorrncia de

excesso de ar na combusto, representado aqui em 18% de O2. A eficincia da

combusto desse forno no momento em que foram analisados os gases estava em

torno de 70%. A temperatura dos gases de combusto estava em torno de 120C

considerada alta sendo, portanto um indicativo de perdas de calor e combustvel,

podendo inferir que as superfcies de troca esto sujas ou se est trabalhando com

excesso de ar, como dito anteriormente.

A Figura 6 apresenta o comportamento do forno Hoffmann 02 da Cermica 2,.

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Figura 6 Anlise dos gases no forno Hoffmann 02 da Cermica 2

A Figura 7 apresenta o comportamento da eficincia de combusto em

funo da produo de CO (ppm) no forno Hoffmann 02 da Cermica 2

Figura 7 - Eficincia em funo da produo de CO em ppm no forno Hoffmann

01 da Cermica 2

As anlises foram realizadas primeiramente com o exaustor ligado

funcionando normalmente, em seguida foi desligado para verificao do

comportamento.

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Para o forno 02 o teor de CO2 gerado foi de aproximadamente o mesmo

valor que o do forno 01, isto 2%, devendo observar tambm a possvel

ocorrncia de excesso de ar na combusto. Em contrapartida a eficincia da

combusto desse forno no momento em que foram analisados os gases foi maior

que no forno 01, em torno de 90%. A temperatura dos gases de combusto foi

em mdia consideravelmente menor que no forno 01 (56C).

A Figura 8 apresenta o comportamento do forno 3.

Figura 8 Anlise dos gases no forno Hoffmann 03 da Cermica 2

A Figura 9 apresenta o comportamento da eficincia de combusto versus

produo de CO (ppm).

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Figura 9 - Eficincia x produo de CO em ppm no forno Hoffmann 03 da

Cermica 2.

As anlises foram realizadas primeiramente com o exaustor ligado

funcionando normalmente, em seguida foi desligado para verificao do

comportamento.

Para o forno 03 o teor de CO2 gerado foi ainda mais baixo que os dois fornos

anteriores (1,5%). A eficincia da combusto desse forno foi tambm menor que a dos

outros dois fornos (66%). A temperatura dos gases de combusto foi em mdia de

100C. Esses valores podem estar relacionados insuficiente isolamento do forno

(portas e queimadores) ou utilizao da lenha sabendo que quanto menores forem os

pedaos de cavacos, briquetes e toras, maiores sero as possibilidades de se operar

com baixo excesso de ar e maior eficincia de queima, pois um combustvel bem

modo e alimentado em suspenso pode comportar-se como um leo pesado,

enquanto lenha em pedaos grandes pode requerer de 60 a 120% de excesso de ar.

4. CONCLUSES

De acordo com os resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que: 1 -

Quanto maior a temperatura do gs de combusto, menor ser a eficincia da

queima, visto que est havendo perda de calor; quando a % O2 aumenta, ocorre

uma reduo na eficincia, significando que h excesso de ar e conseqentemente

possveis vazamentos nas paredes do forno; quando aumenta a % CO2 tambm

aumenta a eficincia da queima, pois no est apresentando excesso de ar, visto

que o mesmo est sendo utilizado para que ocorra a reao de combusto; e quanto

maior a perda menor a eficincia da queima; 2 - As curvas de tendncia da eficincia

em funo da produo de CO em ppm no forno Hoffmann da Cermica 1,

mostram que quando a eficincia aumenta o ppm de CO reduz, sendo o CO perda

na combusto, pode-se concluir que est ocorrendo uma queima incompleta; 3 - De

acordo com os resultados obtidos com as medies dos gases na chamin do forno

Hoffmann, mostram a necessidade de um revestimento do forno com uma camada

de argila, pois se verificou ao desligar o exaustor da Cermica -1 quantidade de

vazamentos existentes, principalmente nas fornalhas; 4 - Controlar a temperatura do

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forno com termopares tem uma grande contribuio para reduo do consumo de

lenha. Foi verificado atravs da anlise de curva de queima com o equipamento

Data Logger da Testo, que a temperatura de queima encontra-se acima da

recomendada e os tijolos saem empenados e queimados; 5 Com as anlises

realizadas na Cermica - 2, verificou que o comburente deve estar em quantidade

suficiente em relao ao combustvel para que a reao qumica da combusto seja

completa. Deve-se trabalhar com o mnimo de excesso de ar, suficiente para a total

oxidao do combustvel, sem indcios significativos de monxido de carbono e

fuligem. Para os combustveis slidos, por idnticas razes, sua granulometria de

extrema importncia para obterem-se as condies adequadas de queima. Quanto

mais reduzido o tamanho de uma partcula, maior ser a rea de contacto com o

comburente e melhores sero as condies para a reao de combusto; Criar

bancos de areia para isolamento nas vlvulas; Secar a lenha em cima do forno.

5. Referncias Bibliogrficas [1] FHNW. Guidelines for generating options during CP-Assessment, Muttenz, 2000,

no publicado.

[2] J. T. C. F. NERI,Converso de Fornos Cermicos para Gs natural - A

Experincia do CTGS no Rio Grande do Norte, Rio Oil & Gas Conference held in

Rio de Janeiro, Brasil, 16-19 Outubro, 2000.

[3]M. C. PAULETTI, Modelo Para Introduo De Nova Tecnologia Em Agrupamentos

De Micro E Pequenas Empresas: Estudo De Caso Das Indstrias De Cermica

Vermelha No Vale Do Rio Tijucas Universidade Federal de Santa Catarina ,

Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Produo, Florianpolis, 2001.

[4] A. G. M. PUKASIEWICZ, Apostila - Disciplina - Tecnologia dos Processos de

Fabricao IV Materiais Cermicos, Ponta Grossa, Paran, 2001.

[5] L.R. PORTO, Relatrio de Avaliao Detalhada de Produo Mais Limpa,

Campina Grande, Paraba, 2006.

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[6] R. S. H. C. TAPIA et al., 2000, Manual para a Indstria de Cermica Vermelha.

Srie uso eficiente de energia. Rio de Janeiro: SEBRAE/RJ.

EVALUATION OF THE PRODUCED GASES OF COMBUSTION WITH THE BURNING OF FIREWOOD IN POTTERIES IN THE STATE OF THE PARABA.

ABSTRACT

Due to significant desertificao occurring in the State of the Paraba, and in all the

Northeast of Brazil, the CEPIS - Center of Sustainable Industrial Production, together

with the UFCG - Federal University of Campina Grande saw the necessity to make a

study with potteries of the State of the Paraba, with the production of gases

generated for the burning of the firewood. The objective of this work is to evaluate the

gases of combustion produced by the burning of firewood in potteries in the State of

the Paraba. The combustion gases had been analyzed with a Gas Analyzer. The

equipment was introduced in the chimney, with a height of three meters and during

five hours the following parameters had been analyzed: O2, CO2, losses, efficiency,

temperature of air and temperature of the gases. The results show that in all the

analyzed ovens had incomplete burning due to false air inlet in the ovens, increasing

the consumption of firewood for production of bricks

Key Words: Potteries, gases of the combustion, consumption of firewood

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