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WORKSHOP:GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA
CERÂMICAProjeto 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 argilasapresentem, no processo cerâmico, desempenho similar ou superior aos daargila seca ao sol;
• Análise e concepção do sistema térmico que busque viabilizareconomicamente a secagem forçada da argila conjugando a geração deenergia elétrica / mecânica e energia térmica por meio de um sistema decogeração; e,
• Propiciar um sistema de secagem que minimize o impacto ambiental naregião do Pólo de Santa Gertrudes.
PROCESSO NATURAL
DIESEL ENERGIA SOLAR
GÁS NATURAL
ENERGIA ELÉTRICA
SITUAÇÃO ATUAL
argila argila
INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS
PROCESSO NATURAL DE SECAGEM EM PÁTIOS ABERTOS
PROCESSAMENTO INDUSTRIAL
OPERAÇÕES Transporte
Armazenamento Desintegração/destorroamento
Secagem natural
OPERAÇÕES Moagem via seca
Prensagem Decoração
Secagem do produto Queima
argila argila
MINERAÇÃO, TRANSPORTE E PRÉ-SECAGEM DA ARGILAS EM PÁTEOS
PROCESSO ARTIFICIAL
GÁS NATURAL ENERGIA
ELÉTRICA GÁS NATURAL
ENERGIA ELÉTRICA
argila argila
SITUAÇÃO FUTURA
INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS
PROCESSO ARTIFICIAL DE SECAGEM EM
AMBIENTES FECHADOS PROCESSAMENTO
INDUSTRIAL
OPERAÇÕES Transporte
Armazenamento Desintegração/destorroamento
Secagem
OPERAÇÕES Moagem via seca
Prensagem Decoração
Secagem do produto Queima
argila
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA ARGILA NA SECAGEM
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
Mó
du
lo d
e R
up
tura
à F
lexã
o (
MP
a)Strength value (MPa)
Clay A
• Conclusão: a temperatura do agente de secagem deve ser mantida abaixo de 250 oC
para preservar as características da argila.
0,00
0,50
1,00
1,50
0 100 200 300 400 500 600 700
Temperatura (oC)
Mó
du
lo d
e R
up
tura
à F
lexã
o (
MP
a)
Argila"A" Argila "B"Temperature (oC)
Strength value (
Clay B
CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM SECADOR TIPO CILINDRO ROTATIVO
CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEM
SECADOR
FILTRO
MANGAS
CHAMINÉGERADOR DE GASES
QUENTES
DESINTEGRADOR
GÁS
NATURAL
EXAUSTOR
VENTILADOR DE
AR DE DILUIÇÃO
'
'
' '
' ' '
SILOS DE ARGILA SECA
Queimador
Gerador de gases quentes
Cilindro rotativo
Alimentação de argila
Seção de medida
Exaustão de gases úmidos
GERADOR DE GASES
QUENTESGÁS
NATURAL
CHAMINÉ
CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE
ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEMDOSAGEMDOSAGEMDOSAGEM
DESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADOR
ARGILA14 % umidade
FILTRO
MANGAS
EXAUSTOR
CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM GERADOR DE GASES QUENTES
VENTILADOR DE
AR DE DILUIÇÃO
SECADORES
'' '
'
' ' '
SILOS DE ARGILA SECA
CONJUNTO GERADOR DE GASES QUENTESCapacidade térmica instalada: 7,63 MW
ARGILA4 % umidade
• Fabricante gerador: KEI-TEK
• Consumo máximo de gás natural: 698 Nm3/h
• Temperatura dos gases: 200 – 400 oC
COGERAÇÃO COM MOTOGERADORES
CHAMINÉ
AR DE DILUIÇÃO
CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE
ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEMDOSAGEMDOSAGEMDOSAGEM
DESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADOR
ARGILA14 % umidade
FILTRO
MANGAS
EXAUSTOR
AR DE COMBUSTÃO
GÁS NATURAL
SECADORES
'' '
'
' ' '
SILOS DE ARGILA SECA
CONJUNTOS MOTOGERADORESPot. instalada: 3 x 2 MWe
ARGILA4% umidade
FILTROS
• 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 %)
COGERAÇÃO COM TURBOGERADOR
COMPRESSOR TURBINA
CÂMARA DE COMBUSTÃO
GERADOR
GÁS NATURAL
AR ATMOSFÉRICO
COMPRESSOR DE GÁS NATURAL
CHAMINÉ
AR DE DILUIÇÃO
CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE
ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO /
DOSAGEMDOSAGEMDOSAGEMDOSAGEM
DESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADOR
ARGILA14 % umidade
FILTRO
MANGAS
EXAUSTOR
COMPRESSOR GERADOR
CONJUNTO TURBOGERADORPot. Instalada: 3,5 MWe
SECADORES
'' '
'
' ' '
SILOS DE ARGILA SECA
ARGILA4 % umidade
• 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);
ANÁLISE COMPARATIVA
COGERAÇÃO
GERADOR DE GASES QUENTES MOTOGERADOR TURBOGERADOR
TOTAL [kW] 5140 10495 7915
Disponibilidades de calor / trabalho
[kW} 5140 5140 5140 Calor (térmica)
[%] 100 49,0 64,9
[kW] zero 4078 2142 Trabalho (Elétrica) [%] zero 38,8 27,0
Calor / Trabalho --- 1,26 2,40
SECAGEM NATURAL
SECAGEM ARTIFICIAL
SOLUÇÃOCONVENCIONAL
SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO
MOTOGERADOR TURBOGERADOR
CONSUMO ESPECÍFICO [Nm3/m2 ] 1,00 1,19 1,37 1,28
POTÊNCIA TOTAL DESENVOLVIDA [kW] ---- 5396 10495 7915
ANÁLISE ECONÔMICA
POTÊNCIA TÉRMICA GERADA [kW] ---- 5140 5140 5140
POTÊNCIA ELÉTRICA GERADA [kW] ---- ----- 4078 2142
DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA CONTRATADA
[kW] 2842 3197 ---- 1054
ECONOMIA LÍQUIDA [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
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
CENÁRIO ATUAL
CENÁRIOS FUTUROS
SOLUÇÃOCONVENCIONAL
SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO
MOTOGERADOR TURBOGERADOR
PRODUÇÃO ANUAL (2008) 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
DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA DA REDE
[MW] 54,25 61,03 -17,51 20,12REDE
GERAÇÃO NA UTE CARIOBA
A ÓLEO (*1)
Eficiência térmica [%] 21 21 21 21
Consumo de GN (*2) [Nm3/dia] 1.605.664 1.874.834 1.236.671 1.537.406
GERAÇÃO NA UTE CARIOBA(repotenciada a
GN)
Eficiência térmica [%] 35 35 35 35
Consumo de GN (*2) [Nm3/dia] 1.375.947 1.616.426 1.310.306 1.452.207
GERAÇÃO NA UTE NOVA
PIRATININGA
Eficiência térmica [%] 55 55 55 55
Consumo de GN (*2) [Nm3/dia] 1.252.190 1.477.212 1.350.746 1.406.308
(*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 emsubstituição à prática de secagem natural em pátios. A temperatura do agente desecagem não deverá exceder a temperatura de 250 oC, sob pena de comprometera qualidade dos processos subseqüentes de conformação das placas cerâmicas;
• Todas as alternativas de sistemas de secagem propostas mostraram-se viáveis• Todas as alternativas de sistemas de secagem propostas mostraram-se viáveistécnica e economicamente, com vantagens para a configuração commotogeradores; e
• Num cenário de geração centralizada de energia elétrica em termoelétricas a gásnatural, a adoção de sistemas de cogeração para secagem de argila de modogeneralizado nas indústrias do pólo, pode resultar redução do consumo global deenergia.