Estudo para Utilização de Energia Térmica Proveniente de Forno Cerâmico para Secagem de Cerâmica

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1 Estudo paa Utilização de Enegia Téica Poveniente de Fono Ceâico paa Secage de Ceâica Glaube Recco* Moliza evestientos ceâicos Ltda, Rua de aio, 165, Moo da Fuaça - SC, Basil, *e-ail: glaube@oliza.co.b Resuo: Este tabalo foi ealizado na Moliza Revestientos Ceâicos Ltda, epesa que na qual poduz evestientos ceâicos paa piso e paede, onde sua podução é de. po ês. Neste tabalo foi dada ênfase e dois equipaentos de podução, onde se buscou aplica os conecientos de engenaia quíica a fi de obte dados confiáveis paa a execução do pojeto. O objetivo do pojeto é de tanspota o calo poveniente do fono ceâico, que, no entanto, está sendo despediçado paa o abiente, e utiliza-lo paa a secage de biscoito ceâico, co io vê se a neceidade de instalação de ua tubulação paa ealiza este tanspote. Neste elatóio, apesenta cálculos de balanço de enegia e de aa do secado e da exaustão do fono de piso. Veeos a utilização do étodo de Pitot, paa a deteinação do pefil de velocidade, deteinaa-se tabé as cagas téicas da exaustão do fono e do calo equeido paa a opeação do secado. Paa a tubulação que tanspotaá o a quente deteinaa-se as pedas téicas e pedas de caga. Contudo, apesenta-se neste elatóio a viabilidade econôica e custos paa a iplantação do tabalo. Palavas-cave: secage, tanspote de calo, biscoito ceâico, pedas téicas. 1. Intodução É uito cou oje e dia fala sobe eciclage e eapoveitaento de esíduos industiais, tanto na áea de esponsabilidade abiental e social, as tabé coo inceentos na lucatividade das epesas. Co esta visão de ecado, este tabalo te coo objetivo específico à edução de custos no poceo de secage do biscoito ceâico atavés do eapoveitaento do a de esfiaento do fono continuo utilizando-o no secado continuo a olos. Na aio pate dos secadoes, a secage dos ateiais ceâicos se efetua ediante a ciculação de a quente. O a seve coo potado de enegia e tanspota o vapo de água. Neste tipo de secage, que pode se consideada coo ua secage po convecção.. Objetivos O objetivo pincipal deste tabalo é a avaliação da viabilidade econôica da utilização de a quente oiundo da exaustão do esfiaento ápido do fono de piso, be coo alcança u bo desepeno de secage atavés deste eapoveitaento de calo..1 Objetivo geal O objetivo pincipal deste tabalo constitui-se na deteinação do Balanço de enegia, a analise copaativa do consuo de cobustível (gás natual) no secado, be coo a estabilidade de secage dos biscoitos ceâicos.. Objetivos específicos Co a ealização do Balanço de enegia do equipaento, petende-se alcança esultados que abange inteees pincipalente econôicos e benéficos ao poceo: Realiza analise copaativa do consuo de gás natual no secado co e se a utilização de a quente do fono; Realiza o balanço de enegia e de aa do secado; Deteina a quantidade de calo fonecida pela exaustão do fono do piso; e Deteina as pedas téicas e de caga na tubulação que tanspotaá o a quente. Ceâica Industial, 1 () Maio/Juno,. Tubo de Pitot U instuento uito utilizado paa deteinação da velocidade de u fluido é o expeiento de Pitot. Este étodo foi utilizado e 17 po Heni Pitot paa edi a vazão do Rio Sena e Pais, po isto ecebeu este noe. O tubo de Pitot ede a velocidade convetendo a enegia cinética e enegia potencial no ponto de estagnação à entada do tubo (Figua 1). Co este equipaento é poível deteina a velocidade do fluido ao longo do diâeto da tubulação, vaiando a altua do tubo de Pitot, que está acoplado a u anôeto. O pefil de velocidade pode se facilente obtido atavés de odelos ateáticos e egie laina. Quando o escoaento ocoe e egie tubulento são utilizadas fóulas sei-epíicas, as paa io deve-se deteina o núeo de Reynolds. Du i b Du i b Re n A velocidade do fluido no duto pode se escita coo: u DP Tabé pode-se deteina a velocidade édia pela equação (não é o noo caso): < u > Ú R u() d Ú R d Os tubos de Pitot deve se inspecionados peiodicaente paa gaanti que não aja a obstução do tubo e das ligações afins. Ai coo e outos equipaentos, existe vantagens e desvantagens de utiliza o tubo de Pitot: Vantagens Instuento siples; Fácil instalação; Baixo custo de aquisição e anutenção; e (1) () ()

2 4 Apesenta pequena peda de peão, desde que o tubo não apesente gandes diensões se copaado co o taano da coente. Desvantagens Oigina pequena peão difeencial; e Não pode se usados e fluidos co patículas sólidas e suspensão, ua vez que, ocasionaia a obstução do tubo.1. Consideações fundaentais e tansfeência de calo convectivo Sabe-se que as patículas de u fluido, adjacentes ao contono de u sólido, são estacionáias e que ua caada uito fina de fluido junto à supefície está peanenteente e egie de fluxo laina, independente da natueza do fluxo live. Potanto, a toca de enegia e nível olecula ou o fenôeno da condução de calo, estaão pesentes e tê u papel ipotante e qualque poceo convectivo. Se o fluxo do fluido fo laina (Re < ou Re <.), então toda a tansfeência de enegia ente ua supefície e u fluido contactante ou ente caadas de fluidos adjacentes, ocoeá po eio de ecanisos oleculaes. Se o fluxo do fluido fo tubulento, então ocoea ua istua de patículas de fluidos ente egiões co difeentes tepeatuas e a taxa de T.C. seá auentada e nível acoscópico. Existe duas claificações paa T.C. convectivo, de acodo co a foça dietoa do fluxo dos fluidos. Convecção natual ou live: designa o tipo de poceo e que o oviento do fluido esulta de tansfeência de calo. Quando o fluido é aquecido ou esfiado à udança de densidade (aa específica) aociada e os efeitos da flutuabilidade (epuxo) poduze ua ciculação natual. Convecção foçada: desceve o poceo no qual a ciculação do fluido é poduzida po u agente exteno, tais coo ua boba ou u exausto. 4. Sistea de Exaustão O tanspote do a e dos gases de entada na instalação até sua saída paa o abiente é efetuado pelo sistea de tiage, constituído pelo ventilado, exausto e pela cainé. E função da constução da instalação, a câaa de cobustão pode opea a peão eno que a atosféica (sob aefação ou depeão) ou a peão aio que a atosféica (sobe peão), sabendo-se que é nea câaa onde se veifica as ais altas tepeatuas dos gases. Gealente são usados os sisteas de tiage natual, foçada e balanceada. A ais siples, do ponto de vista do equipaento técnico, é a tiage natual. Paa gaanti a tiage, ee sistea poui só ua cainé. A câaa de cobustão sepe opea e depeão. O a neceáio paa a cobustão enta na câaa devido a difeença das peões na sala e na câaa. O oviento dos gases é ealizado pela depeão ciada pela cainé. A depeão é tanto aio quanto aio é a tepeatua dos gases à base da cainé. Escoaento Figua 1. Tubo de Pitot e tubulação. A B P P 5. Balanço de Maa e Enegia (Secado Contínuo, Figua ) Utilizando os seguintes dados: Podução po dia do secado: 11. / : 14,5 Uidade de entada do sólido,7% Tepeatua do a de entada C Base de cálculo: 1 oa 51 X1,7 6114,1 Y 1,1 Ts 1 5 C TG1 C Cp(agila),9 /.C 4,91 X, 6114,16 Y, Ts 14 C TG 11 C Ss 6114,1 / G + Ss G + Ss 1 1 G.y + Ss.x G.y + Ss.x G.(y - y ) Ss.(x -x ) 1 1 G.(,1 -,) 6114,1.(, -,7) G.( -,7) -4,1 G 69 Vazão áica de a seco na sida do secado (69 /) 5.1. Maa de água evapoada do sólido (biscoito ceâico) M G.(y -y ) 1 M 69.(, -,1) M 4 ou M Ss.(x -x ) 1 MTG 1, Y ,1.(,7 -,) Ss M 1 4 X 1, Ts 1 Figua. Esquea das entadas e saídas do secado. Ceâica Industial, 1 () Maio/Juno, Secado (4) (5) TG, Y Ss Ts, X

3 M 69.(, -,1) M 4 ou M Ss.(x -x ) 1 M 6114,1.(,7 -,) M 4 6. Calo Requeido paa Aquece o A Aditindo ua tepeatua abiente de C (Figua ). Q (1 -o).g 1 (,4 +,45.w).T +l.w 1 (,4 +,45.,1) ,.,1 1 79, o (,4 +,45.w).T +l.w o (,4 +,45.,1) ,.,1 o 1,7 (6) (7) Q in 1.H + 16.CO + 5.CH C H 4 + (9) 6.C + 91.C H C 4 H C 4 H C 5 H C 6 Q 5CH4 + 6CH6 + 91CH + 117C4H C 5H1 Q 5.91, + 6.5, , , ,1 KJ Qin Qin.96 Qequeido.96.11,4 Qequeido Balanço de Maa e Enegia da Exaustão do Fono de Piso 7.1. Vazão de a quente de esfiaento da exaustão do fono 6.1. Calo equeido na opeação paa aquece o a e seca o sólido Q (1 -o).g Q (79, -1,7).69 Q ,7 6.. Calo pedido po entalpia do sólido na saída do secado s.cp. DT s 6114,1.,9.(11-5) s 41.71,7 6.. Calo total teóico paa opeação do secado Calo paa aquece o a e seca o ateial ,7 / Calo pedido entalpia do ateial 41.71,7 / Calo Total Requeido Teóico 6.19, / 6.4. Calo equeido paa opeação do secado (eal) Consuo de gás natual obtido po válvula edidoa de vazão. Consuo/oa de gás natual 11,4 Paa calcula o pode caloífico de u cobustível gasoso é usada a Equação 9 co o auxílio da Tabela 1: y y1 T abiente ºC Figua. Ilustação do aqueciento do a. y1 () D cainé 4 (exteno) Espeua: Tepeatua do fluido 65,15 K água 1 / g 9,1 /s aquente,565 / a 1, / PM a,96 /ol P (atosféica) 11 Pa R, Coposição do a 1% O 79% N ( foi utilizada esta coposição pois se tata de a de esfiaento) 7.. Peão no inteio da cainé Pfluido P at +.g. D Pfluido ,1.,1 Pfluid 114,1 Pa P 1,9 At fluido 7.. Maa específica do a quente no inteio da cainé (1) PV RT (11) PV RT PM P.PM R.T V P.PM a R.T 1,9.,96 a,.65,15 Tabela 1. coposição pecentual ola do gás natual. CH a 4,565 C N CO C H C 4 H 1 C 5 H 1 91,% 5,5% 1,4%,%,97%,5%,1% Fonte: SCGás Ceâica Industial, 1 () Maio/Juno, 5

4 PM P.PM R.T V P.PM a R.T 1,9.,96 a,.65,15 a, Deteinação do núeo de Reynolds D.v. NRE N,61x1 RE 5 (1) Co este valo de núeo de Reynolds, conclui-se que o fluxo de a quente na cainé está e tubulência Deteinação da velocidade édia do a na cainé e vazão voluética Velocidade édia deteinada po Geankoplis (gáfico.1.1, pag. 4). véd,6 váx váx,74 Véd 6,44 s Q v.a Q 6,44.,119 Q, s ER QUE 7.6. OS Deteinação EIXOS TENHAM da vazão NOMES áica do a quente na cainé S DE DADOS Atavés dos dados da Tabela e Figua 4 obtiveos a velocidade do a. V v.a. V 6,44.,114.,56 V 6.497,67 (1) Tabela. Velocidades obtidas a pati do Tubo de Pitot. Fonte- Cainé do esfianeto do fono () () P(Pa) v(/s) Diâeto,1,5 9,45 1,71,5,14,5 17,6,141,5,15,75 147,6,91,75,1,1 176,41 5,16,1,,15 196,9 6,464,15,5,15 45,11 9,57,15,5,175 45,11 9,57,175,7, 64,7,74,,5,175 45,11 9,57,5,5,5 45,11 9,57,5,,1 196,9 6,464,75,1,1 176,41 5,16,,15,75 147,6,91,5,14,5 17,6,141,5,1,5 9,45 1,71,75,4,5,,5,,15,1,5,, 5,1, 15,, 5,, 5, aquente,565 Velocidade do a Figua K 4. Pefil aço de velocidade e dutos fecados Tubo de Pitot...C Kaquente,11..C Tpaede 1 C Text C Ltubulação 9 Áea 1,7 Diâeto da tubulação As pedas de calo foa deteinadas po convecção, adiação 7.9. Pedas po adiação 7.7. Deteinação da enegia téica do a quente da cainé Q.cp. DT Q 6.497,67.,4. Q 55.5, (14) q A. et..(t - T ) q 1,7.,9.4,x1.(4,15 -,15 ) q.44,4.9. q 19.6 (15) 7.. Deteinação da peda téica da tubulação que tanspota o a quente do fono até o secado 6 aquente,565 Kaço..C Kaquente,11..C T 1 C paede 7.1. Pedas po convecção natual qc c.a.(t - T ) (16) K c N. u D (17) Nu f.(g.p).g. b.(t - T ).L G (1) (19) Ceâica Industial, 1 () Maio/Juno,

5 45,15 +,15 TM TM 94,15 K.g. 1 TAB.A.. 9,15K,4x1 K. PTABA..7 9,15K Æ O,7x,1,147 PTABA..7 9,15K Æ N,696x,79,549 P,696 È Î - G.P,9x1 Nu Æ TAB4.7.1, 9x1 Æ a,5,9x1 Æ 1 / 4.L L..g. bd. T cp. Nu a.(. ) a(n G.N P ) K K,5 Nu,5(,7x1 ) Nu 67,9 b Æ fi G.P,4x1 (4,15,15).,94.,694 K c Nu. D,11 c 67,9.,94 c 5,6..C qc c.a.(t - T ) qc 5,6.1,7.(1 -) qc 119,9.9. qc () Coo peda po adiação e convecção estão e paalelo, então; q conv ad 1 9,.1 + 4,5.1 q -6-6 qrad+ Conv 7.46, Pecentual da peda téica na tubulação Calo fonecido na tubulação 55.5, / Calo pedido 7.46,7 Pecentual de calo pedido 14,5% 7.1. Peda de caga (1) Aditindo que a peão no inicio da tubulação seja de,5 at (51,5 Pa). Aditindo que a tubulação é nova, de aço coecial liso, e está negligenciado cuvas. 4.f.G.R.T p1 - p () D.PM Aço coecial (Geankoplis, Fig..1-, pág. ) e 4,6 x e 4,6x1 D,4 1,5x1-4 Confoe Geankoplis (gáfico.1-, pág. ), deteinou-se o fato de atito paa o aço coecial,7 4.,7.9.9,1.,14.59,15 D P 11,6 D P 11,7 Pa. Consideações Finais Co o apoveitaento do calo do esfiaento do fono de piso paa a secage de biscoito ceâico, te-se ua diinuição consideável no consuo de gás natual paa ealiza a secage dos biscoitos ceâicos. Tendo e vista que nos últios eses e até anos, o peço do gás natual está sendo inflacionado, a única foa de ante ou eduzi os custos de secage e queia é co apoveitaento de calo e eloias nos equipaentos téicos. Co os valoes alcançados, podeos calcula a diinuição do consuo de cobustível paa ealiza a secage. Atualente o secado consoe po volta de.49,5 /dia de gás natual, que coesponde à R$ 65., po ês, co a utilização do calo poveniente do fono ceâico petende-se diinui o consuo de gás natual e tono de 47%, estiando ee valo e eais, teíaos ua econoia de R$., po ês. Os valoes alcançados neste tabalo foa satisfatóios, tendo e vista que o ínio que se tena de edução de custo co a utilização deste calo da cainé é significativo, pois este calo até então está sendo despediçado paa o abiente. É ipotante ua boa avaliação de coo constui a tubulação paa que se peca o enos poível co a distância pois, teeos pedas de calo e de caga, é ipotante tabé faze u estudo paa a iplantação deste a quente no secado, pois a qualque alteação busca na cuva de secage pode ocoe fiuas no biscoito ceâico. Refeências 1. Vlao, D. Cobustíveis, Cobustão e Câaas de Cobustão. Cuitiba: Editoa UFPR, 1.. Hielblau, D. M. Engenaia Quíica Pincípios e Cálculos. 7 ed. Rio de Janeio: Editoa Pentice Hall do Basil, 6.. Geankoplis, C. J. Tanspot Pocees and Unit Opeations. Uppe Saddle Rive, NewJesey: Pentice Hall do Basil, Bennett, C. O.; Myes, J. E. Fenôenos de tanspote, Quantidade de Moviento, Calo e Maa. São Paulo: McGRAW-HILL do Basil LTDA, Byon Bid, R. Fenôenos de Tanspote. ed. Rio de Janeio: Editoa LTC, Pey, R. H.; Geen, D. H.; Maloney, J. O. Pey s Ceical Enginee s Handbook. 6 ed. New Yok: McGaw Hill, 194. Ceâica Industial, 1 () Maio/Juno, 7