WORKSHOP: GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA CERÂMICA Projeto de P&D da COMGAS voltado para indústria Cerâmica.
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- Afonso Raminhos Fialho
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1 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
2 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.
3 INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS SITUAÇÃO ATUAL DIESEL ENERGIA SOLAR GÁS NATURAL ENERGIA ELÉTRICA argila PROCESSO NATURAL DE SECAGEM EM PÁTIOS ABERTOS argila PROCESSAMENTO INDUSTRIAL OPERAÇÕES Transporte Armazenamento Desintegração/destorroamento Secagem natural OPERAÇÕES Moagem via seca Prensagem Decoração Secagem do produto Queima
4 MINERAÇÃO, TRANSPORTE E PRÉ-SECAGEM DA ARGILAS EM PÁTEOS
5 INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS GÁS NATURAL SITUAÇÃO FUTURA ENERGIA ELÉTRICA GÁS NATURAL ENERGIA ELÉTRICA argila PROCESSO ARTIFICIAL DE SECAGEM EM AMBIENTES FECHADOS argila PROCESSAMENTO INDUSTRIAL OPERAÇÕES Transporte Armazenamento Desintegração/destorroamento Secagem OPERAÇÕES Moagem via seca Prensagem Decoração Secagem do produto Queima
6 ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA ARGILA NA SECAGEM 3,50 3,00 Módulo de Ruptura à Flexão (MPa) Strength value (MPa) 2,50 2,00 1,50 1,00 Clay B Clay A 0,50 0, Temperatura ( o C) Temperature ( o C) Argila"A" Argila "B" Conclusão: a temperatura do agente de secagem deve ser mantida abaixo de 250 o C para preservar as características da argila.
7 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
8 CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM GERADOR DE GASES QUENTES CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO / DOSAGEM ARGILA 14 % umidade DESINTEGRADOR FILTRO MANGAS CHAMINÉ GÁS NATURAL GERADOR DE GASES QUENTES EXAUSTOR VENTILADOR DE AR DE DILUIÇÃO CONJUNTO GERADOR DE GASES QUENTES Capacidade térmica instalada: 7,63 MW SECADORES Fabricante gerador: KEI-TEK SILOS DE ARGILA SECA Consumo máximo de gás natural: 698 Nm 3 /h Temperatura dos gases: o C ARGILA 4 % umidade
9 COGERAÇÃO COM MOTOGERADORES CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO / DOSAGEM ARGILA 14 % umidade DESINTEGRADOR FILTRO MANGAS CHAMINÉ 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 Nm 3 /h (!00% carga); 408 Nm 3 /h (75 %); 286 Nm 3 /h (50 %) ARGILA 4% umidade
10 COGERAÇÃO COM TURBOGERADOR CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO / DOSAGEM GÁS NATURAL ARGILA 14 % umidade DESINTEGRADOR FILTRO MANGAS CHAMINÉ AR ATMOSFÉRICO COMPRESSOR DE GÁS NATURAL 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: rpm; Consumo de GN: 1153 Nm 3 /h (100 % carga); SILOS DE ARGILA SECA ARGILA 4 % umidade
11 ANÁLISE COMPARATIVA Disponibilidades de calor / trabalho GERADOR COGERAÇÃO DE GASES QUENTES MOTOGERADOR TURBOGERADOR TOTAL [kw] Calor (térmica) Trabalho (Elétrica) [kw} [%] ,0 64,9 [kw] zero [%] zero 38,8 27,0 Calor / Trabalho --- 1,26 2,40
12 ANÁLISE ECONÔMICA SECAGEM NATURAL SOLUÇÃO CONVENCIONAL SECAGEM ARTIFICIAL SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO MOTOGERADOR TURBOGERADOR CONSUMO ESPECÍFICO [Nm 3 /m 2 ] 1,00 1,19 1,37 1,28 POTÊNCIA TOTAL DESENVOLVIDA [kw] POTÊNCIA TÉRMICA GERADA [kw] POTÊNCIA ELÉTRICA GERADA [kw] DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA CONTRATADA [kw] ECONOMIA LÍQUIDA [R$/ano] , , ,00 INVESTIMENTO [R$] , , ,00 TAXA INTERNA DE RETORNIO [%] ,53 72,54 26,19 BASE DE CÁLCULO: Produção: ,00 m 2 /mês Tarifas: gás natural = 0, R$/Nm 3 (normal); 0, R$/Nm3 (cogeração); e. elétrica=9,26 R$/kW ; 0,22488 R$/kWh
13 IMPACTOS DA COGERAÇÃO NO PÓLO DE SANTA GERTRUDES EM DIFERENTES CENÁRIOS CENÁRIO ATUAL SOLUÇÃO CONVENCIONAL CENÁRIOS FUTUROS SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO MOTOGERADOR TURBOGERADOR PRODUÇÃO ANUAL (2008) 10 6 m CONSUMO ESPECÍFICO [Nm 3 /m 2 ] 1,00 1,19 1,37 1,28 CONSUMO DIÁRIO DE GN NO PÓLO [Nm 3 /dia] DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA DA REDE [MW] 54,25 61,03-17,51 20,12 GERAÇÃO NA UTE CARIOBA A ÓLEO (*1) GERAÇÃO NA UTE CARIOBA (repotenciada a GN) GERAÇÃO NA UTE NOVA PIRATININGA Eficiência térmica [%] Consumo de GN (*2) [Nm 3 /dia] Eficiência térmica [%] Consumo de GN (*2) [Nm 3 /dia] Eficiência térmica [%] Consumo de GN (*2) [Nm 3 /dia] (*1) Consumo equivalente energético óleo/gn; (*2) Consumo global de gás natural para o Pólo (fabricação + geração de energia elétrica)
14 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 o C, 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.
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