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EELA es un programa de COSUDE, ejecutado por Swisscontact y PRODUCE

PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICO - EELA

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PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICOS - EELA

INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA - INT - Av. Venezuela, 82 - 20081-312 - Rio de Janeiro - RJ - Brasil -Tel.: (21) 2123-1256 Fax.: (21) 2123-1253 www.int.gov.br - [email protected]

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Cooperação Internacional:

� AGENCIA SUIZA PARA EL DESSARROLLO Y LA COOPERACIÓN - COSUDE

� FUNDACIÓN SUIZA DE COPERACIÓN PARA EL DESARROLLO TECNICO - SWISSCONTAC

� FUNDAÇÃO DE CIÊNCIA, APLICAÇÕES E TECNOLOGIAS ESPACIAIS - FUNCATE Instituição Executora:

� INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA – INT

Coordenação:

Joaquim Augusto Pinto Rodrigues

Equipe Executora:

Mauricio F. Henriques Jr.

Rosana Medeiros de Novais

Roberto Segundo Henrique Castro Tapia

Márcio Azevedo Guimarães

Apoio Institucional:

� SERVIÇO DE APOIO ÀS MICRO E PEGUENAS EMPRESAS - SEBRAE-RN

� ASSOCIAÇÃO DOS CERAMISTAS DO VALE DO CARNAÚBA - ACVC

� ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE CERÂMICA VERMELHA - ANICER



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SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO........................................................................................................................ 4 2. METODOLOGIA..................................................................................................................... 4 3. ENSAIOS E RESULTADOS....................................................................................................... 6

3.1. Características do Forno Avaliado ............................................................................... 6 3.2. Dados do Material Processado .................................................................................... 6 3.3. Dados da Lenha Empregada ........................................................................................ 7 3.4. Curva de Queima e Testes ........................................................................................... 7 3.5. Balanço e Consumo Específico de Energia .................................................................. 8

4. CONCLUSÃO GERAL ............................................................................................................ 10



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1. INTRODUÇÃO

Este trabalho avalia o desempenho térmico de um forno do tipo abóboda na produção

de telhas e lajotas, buscando identificar seus principais parâmetros técnicos e de produção.

Está inserido Projeto “Eficiência Energética nas Pequenas Cerâmicas – EELA”, dentro de acordo

de cooperação firmado com a Fundación Suiza de Cooperación para el Desarrollo Tecnico -

SWISSCONTAC e a Agencia Suiza Para el Dessarrollo y la Cooperación – COSUDE, tendo como

executor técnico o INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA – INT.

O forno selecionado para a avaliação foi o da empresa Cerâmica UNIÃO II, localizada no

município de Cruzeta/RN. Esta indústria conta com uma instalação para a produção de telhas e

lajotas, compreendendo todo o processo tradicional de uma indústria cerâmica, ou seja,

preparo da matéria-prima, mistura da massa cerâmica, extrusão e conformação das peças,

secagem artificial em estufa e natural sob galpões, e queima. Nesta última etapa, a empresa

conta com cinco fornos do tipo abóboda (redondo), com capacidade de cerca de 77.000 peças

cada um ou o equivalente a 105 toneladas.

O trabalho teve como objetivo calcular o consumo energético específico e o

desempenho térmico geral do forno, tomando como referência do forno de n° 4. Neste forno,

a curva de queima foi acompanhada, utilizando-se o sistema de controle da própria empresa

(composto por 5 termopares), como também todos os demais parâmetros foram quantificados

e monitorados, como por exemplo: consumo e umidade da lenha usada, combustão,

quantidade de material enfornado e retirado, qualificação das peças cozidas, dentre outros.

2. METODOLOGIA

A metodologia aplicada visou à avaliação do desempenho térmico e do consumo

energético específico do forno do tipo abóbada n°4 (Figura 1), processando a queima de telhas

e lajotas. Os dados operacionais foram levantados entre os dias 22/03/12 e 02/04/12.



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Figura 1 – Vista de fornos abóboda da Cerâmica União II.

Para o trabalho de avaliação de desempenho térmico foi adotado o “método do calor

útil” absorvido pela carga do forno confrontado com o calor total fornecido ao equipamento

através da alimentação de lenha. Complementarmente, buscou-se também mensurar os fluxos

e tipos de perdas de calor no processo, através do “método das perdas de calor”, de modo a

confrontar os resultados obtidos com o método anterior.

Inicialmente toda a lenha a ser empregada na queima dos produtos, já separada, teve

seu volume anotado (número de carros versus volume dos carros) e teve uma amostra

retirada para a mensuração de sua massa, visando a determinação da massa equivalente do

volume de 1 m estéreo (st) de lenha. Além disso, o teor de umidade da lenha foi verificado

através do aparelho Testo 606-2. Paralelamente toda a carga enfornada foi contabilizada.

Iniciada a queima, foram realizados testes esporádicos das condições de combustão,

verificando-se o teor de CO2 presente nos gases de queima. O equipamento utilizado foi o

analisador de gases de combustão Fyrite da Bacharach. Estes testes foram tomados através

tubo de aço inox instalado previamente em uma das portas do forno. Toda a curva de

temperatura durante o aquecimento e queima foi monitorada através do sistema da própria

empresa, conforme tabelas apresentadas no Anexo 1.

Toda a contagem de peças prontas, bem como a sua qualificação, como produtos de

primeira qualidade e de segunda, foi feita pela própria empresa.



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3. ENSAIOS E RESULTADOS

3.1. Características do Forno Avaliado

Tipo: Abóbada ou redondo com recuperação de calor de ar quente após a queima para uso na

estufa.

Capacidade nominal: 105 t/fornada ou 77.500 peças/fornada, sendo 69.000 telhas e 8.500

lajotas.

Dimensões: diâmetro de 11,0 m, com altura de 2,2 (na lateral) a 3,8 m (na parte mais alta da

abóboda), aproximadamente.

Número de fornalhas: 6

Número de portas: 2

Tempo de queima: 48 h

Tipo de controle de temperatura: efetuado através de 5 termopares, sendo 3 na parte

superior e 2 na parte inferior. Toda a alimentação de lenha segue uma curva padrão de

temperatura previamente estabelecida. Quando a queima se estabiliza acima de 800°C, os

foguistas se guiam pelas temperaturas dos termopares superiores, sempre alimentando

pequenas quantidades de lenha de forma que em nenhuma região do forno essa temperatura

fique abaixo desse patamar de 800°C. A exceção fica por conta da zonza inferior, onde há

dificuldade de se atingir uma temperatura de 700°C, o que acarreta em peças mal sinterizadas

ou de segunda qualidade.

3.2. Dados do Material Processado

Tabela 1 – Dados sobre o material processado no forno 4

Telhas Lajotas

Quantidade de material enfornado

69.000 8.500

Massa da peça úmida (kg) 1,179 3,452

Umidade da peça (%) 2,0 7,8

Quantidade de peças de Primeira Qualidade

32.000 8.500

Quantidade de peças de Segunda Qualidade

37.000 -

Quebras (%) 0,7 -

Massa da peça queimada (kg) 1,148 3,092



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3.3. Dados da Lenha Empregada

A lenha utilizada apresentou-se bastante homogênea, composta de pode de cajueiro,

usada durante toda a queima, e também por uma quantidade menor de lenha de “racha”

(tocos), empregada na fase inicial de aquecimento do forno. As quantidades de lenha

empregada foram: 64 m st de lenha de poda de cajueiro e 3.000 kg de lenha de “racha” (500kg

x 6 bocas).

Uma amostra da lenha de cajueiro contida num carro (carroção) de alimentação foi

totalmente pesada para a determinação da massa específica do metro estéreo usado neste

forno 4 (Figura 2). O resultado obtido foi de 225 kg/st, tendo essa lenha 10,3% de umidade

média. Nota-se que a lenha usada encontrava-se relativamente seca por estar estocada há seis

meses, e por não ter havido muitas chuvas na região nas semanas que antecederam ao ensaio.

Como resultado, somando-se a lenha de cajueiro e a lenha de racha, obteve-se um

consumo total de 17.400 kg de lenha. O poder calorífico empregado nos cálculos dos balanços

de energia foi de 4.608 kcal/kg para a lenha seca (ou de 4.133 kcal/kg) para a lenha úmida.

Figura 2 – Em primeiro plano o carro com toras de poda de cajueiro para queima

3.4. Curva de Queima e Testes

A Figura 3 e dados no Anexo 1 mostram as curvas de queima anotadas para o

forno 4 entre os dias 26 e 28/03. Conforme observado anteriormente, nota-se que as

curvas em amarelo, azul e cinza, que representam os termopares na parte superior do

forno (topo), apresentam um patamar acima de 800°C por pelo menos 24 horas (a partir

das 18:34h do dia 27/03), o que garante uma boa sinterização e a obtenção de peças de boa



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qualidade (de primeira). Por outro lado, as curvas em vermelho e verde, que representam os

termopares na parte baixa do forno, mostram claramente uma dificuldade de se alcançar

patamares acima de 700°C, o que gera produtos de qualidade inferior. Essa deficiência talvez

pudesse ser contornada ou atenuada através da melhoria da tiragem (puxada) do forno, o que

poderia ser conseguido através de um exaustor para a chaminé ou então aumentando-se a

altura desta. Essa medida poderia inclusive proporcionar uma redução no tempo total de

queima, uma vez que as temperaturas na parte superior subiriam mais rapidamente, como

também não precisariam ficar tanto tempo num patamar acima de 800°C, conforme

mencionado. Outra alternativa válida seria o emprego de ar soprado junto às fornalhas através

de “ventulina”, prática que é adotada por alguns usuários de fornos abóboda.

Figura 3 – Curvas de queima do forno 4 – queima do dia 26 a 28/03. Obs. 1: curvas em azul, amarelo e cinza representam os termopares localizados na parte superior do forno; curvas em vermelho e verde representam os termopares na parte inferior. Obs. 2: a curva amarelo, na sua parte inicial, apresentou uma oscilação muito grande, que é indesejável. No entanto, não se conseguiu esclarecer o motivo (que pode ter sido uma falha na alimentação de lenha nas bocas próximas de tal termopar (18t – canal 3).

3.5. Balanço e Consumo Específico de Energia

A elaboração de balanços de energia visa avaliar o rendimento energético de

equipamentos térmicos, prática que por sua vez possibilita a inter-comparação de tecnologias

e também a identificação do porquê que determinados equipamentos ou processos

apresentam desempenho abaixo do esperado ou inferior a outros sistemas assemelhados.



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Dependendo da tecnologia empregada, isto é, do tipo de forno e se há ou não secagem

artificial, o consumo específico de energia irá variar, como também as perdas de calor e,

conseqüentemente, o rendimento total do processo ou do forno.

Para a elaboração do balanço energético do forno n°4, todos os fluxos de energia

foram identificados e quantificados, conforme apresentação resumida na Tabela 2. Percebe-se

que a sinterização das peças representa um consumo de 28,3% do calor total fornecido ao

forno ou, se considerada a parcela de água residual que esses produtos ainda têm ao iniciar o

processo, cerca de 33,4%. Estes rendimentos térmicos encontram-se na faixa normal para

fornos abóboda. Deve-se atentar que a quantidade elevada de calor “perdido” para a estrutura

e através de paredes e abóboda (por radiação e convecção) é normal para processos

descontínuos, onde toda a massa de tijolos refratários precisa ser aquecida e posteriormente é

resfriada para descarregamento do forno. Para atenuar essa perda, a empresa, corretamente,

realiza a recuperação de ar quente para a estufa, cujo valor específico de ganho não pôde ser

mensurado. Mas de toda maneira trata-se de uma prática importante para forno do tipo

abóboda, já que além de promover essa recuperação de calor residual, possibilita uma

homogeneização na secagem, garantindo peças secas de forma uniforme e constante, ou seja,

consegue-se maior produtividade e redução de perdas por trincas ou empenos.

Tabela 2 – Fluxos de calor no forno n°4

Fluxos de Energia kcal / queima %

Entradas de energia

- Lenha 71.920.742 96,4

- Calor de reação 2.669.265 3,6

- Total Entradas 74.590.007 100,0

Saídas / Perdas de energia

- Calor p/ produtos 21.144.123 28,3

- Calor p/ retirar água das peças 3.755.808 5,1

- Calor p/ evaporação água na lenha 1.693.629 2,3

- Calor perdido p/ chaminé 16.209.994 21,8

- Calor p/ estrutura, radiação & convecção e estufa 31.786.453 42,6

- Total de Saídas e/ou Perdas 74.590.007 100,0

O consumo específico de energia resultante do ensaio realizado foi de 706 kcal/kg,

considerando 77.500 peças/fornada (69.000 telhas e 8.500 lajotas) ou 105 t enfornadas. Se

considerada somente a produção de primeira qualidade, o consumo específico de energia

passa para 1.183 kcal/kg. Estes valores encontram-se mais baixos ou melhores do que alguns

outros fornos abóboda, possivelmente por se tratar de um forno bastante novo e por ter uma



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condição de operação com uma quantidade bastante baixa de excesso de ar de combustão

para a queima de lenha, o que é desejável. Como resultado dessas duas componentes, forno

novo e excesso de ar de combustão relativamente baixo, tanto as perdas através das paredes

como também as perdas pela chaminé (gases de exaustão) são bastante baixas para o tipo de

forno.

4. CONCLUSÃO GERAL

O rendimento do forno, excluindo-se a umidade presente nas peças na enforna, foi de

28,3%, que é um valor bom para fornos do tipo abóboda. O consumo específico, calcculado

com base no método do “calor útil/calor total fornecido” foi de 706 kcal/kg, que também

representa um valor bom para processos com fornos abóboda. Se considerada somente a

produção de primeira qualidade o forno apresenta um consumo de 1.183 kcal/kg.

De um modo geral a operação do forno é muito bem mantida e controlada. O modelo

adotado, onde os foguistas têm que seguir um roteiro de aquecimento combinando tempo e

temperatura, está muito bem estabelecido. O que poderia ser melhorado seria buscar formas

de fazer com que a temperatura na zona inferior do forno pudesse ultrapassar 700°C e

permanecesse acima disso por algumas horas. Neste sentido três possibilidades poderiam ser

examinadas: 1) instalação de exaustor direcionando os gases de combustão para a chaminé; 2)

elevação da altura da chaminé, aumentando a “puxada” do forno; e 3) examinar um novo

arranjo das peças no interior do forno de forma a facilitar o fluxo de calor para a zona inferior.

Todavia não deve ser descartada a realização da limpeza dos crivos e dos canais abaixo do

forno. Qualquer entupimento, material ou cinzas em excesso acumuladas nos crivos e canais

pode prejudicar o fluxo de gases quentes, retardando o aquecimento do forno.



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ANEXO 1 – Dados da curva de queima do forno n°4



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