Implementação de Melhorias para a Valorização do Uso do Gás Natural na Indústria de Cerâmica Vermelha.

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1 1 Universidade Federal de santa Catarina Graduação em Engenharia Mecânica Aluno: Tales Gotlieb Jahn Matricula: Monografia: Implementação de Melhorias para a Valorização do Uso do Gás Natural na Indústria de Cerâmica Vermelha. Florianópolis, 25 de fevereiro de 2005.

2 2 1 - Introdução: O presente projeto foi desenvolvido na Cerâmica Heinig localizada na cidade de Brusque no estado de Santa Catarina este relátorio visa o término do curso de graduação, junto com o termino do convenio com o PRH09 - Graduação em Engenharia Mecânica pelo aluno Tales Gottlieb jahn. Os trabalhos que estão sendo realizados na Cerâmica Heinig tem como objetivo o acompanhamento do projeto PMC073 financiado pela Rede Gás Energia(que tem como parceiras SCGás, TBG e Petrobrás) que visa a reestruturação das Cerâmicas do estado de Santa Catarina. O Projeto é a continuidade de um projeto de conversão de um forno tipo túnel que utilizava Serragem como matriz energética passando a usar o gás natural como principal combustível. Após a efetivação da conversão do forno túnel da Cerâmica Heinig, de serragem para o gás natural, constatou-se que o uso deste energético mostrou-se viável tecnicamente, embora sob o ponto de vista econômico esteja aquém das expectativas. O custo de queima ainda é bastante elevado em relação ao combustível anterior, sendo impraticável dentro da atual matriz de custos da empresa. Conscientes da impossibilidade da reversão imediata desta situação, pretende-se investir um pouco mais no processo de queima em particular, e nos demais processos de fabricação, de forma a colocar em evidência as vantagens da queima com gás natural, bem como elevar o nível de qualidade da cerâmica como um todo. O trabalho tem como objetivo maior implementar medidas de modo que esta empresa sirva de referência para o setor, como exemplo prático das mudanças implementadas, visando a melhoria tecnológica e de qualidade de todo o setor de cerâmica vermelha. O presente projeto visa o desenvolvimento deste setor como um todo, permitindo condições mais favoráveis ao uso do gás natural no futuro. Como será visto os trabalhos desenvolvidos e em desenvolvimento na Cerâmica Heinig visam reestruturar a empresa para que esta possa se desenvolver tecnologicamente e como conseqüência evoluir seus produtos cerâmicos tornando-os capazes de terem um maior valor agregado. Todas estas mudanças que compreendem desde o desenvolvimento de uma matéria prima adequada as características do forno da empresa até o sistema de entrega de produto e atendimento aos clientes, foi acompanhados pelo aluno de graduação de engenharia mecânica que fez estágio na empresa.

3 A reorganização da mesma esta sendo desenvolvida através da implementação do selo de qualidade PBQPH, que adaptou as normas da ISO9001 para o setor cerâmico, uma vez que este encontra-se muito defasado em relação aos outros setores produtivos. Outro ponto trabalhado nestes últimos dois meses foram as reformas que devem ser efetuadas na empresa tanto na secagem como no forno com o objetivo de melhor a eficiência da secagem e da queima. A qualidade do produto e o aumento da produção também são pretensões da empresa. Para isso uma série de dados foram levantados e serão mostrados ao longo do texto. A abordagem será feita de forma simultânea, considerando os cincos objetivos específicos listados abaixo, aos quais representam praticamente todo o processo produtivo da cerâmica. Aumentar a eficiência do processo de produção de tijolos e telhas através de: a - Redução de perdas térmicas; b Aumento de produção; Aumentar da capacidade de secagem de material, através de: a Aumento do número de vagonetas de secagem; b Aumento da eficiência do secador; Desenvolver e inserir produtos com maior valor agregado: a Obtenção da certificação de qualidade junto ao Centro Cerâmico do Brasil - CCB; Planejar, controlar e otimizar a produção, visando o aumento da produção e a redução de custos específicos; Desenvolver um sistema de gestão de custos e produtividade. Ao final do projeto ter-se-á uma série de mudanças implementadas, com resultados positivos para a Cerâmica em questão, e uma metodologia desenvolvida que poderá ser aplicada prontamente a qualquer indústria do setor de cerâmica vermelha. 3

4 Na figura 1 temos um fluxograma que mostra a estrutura de funcionamento da Cerâmica Heinig. 4 Argila 1 + Argila 2 + Galpão de descanço Caixão alimentador Misturador Laminador Extrusora Argila 3 Maquina de Corte Secador Entrega ao Cliente Controle de Qualidade Carregamento Caminhão Forno Figura 1 Fluxograma do processo produtivo de tijolos Argilas As argilas plásticas e o barro vermelho são transportados das jazidas para os galpões de estocagem, onde são dosados em função das características cerâmicas desejadas para o produto. Laminador Após o misturador, a massa cerâmica é alimentada nos laminadores, onde recebe um adensamento, eliminando as bolhas de ar, antes de ser levada às extrusoras. A laminação total da argila é obtida com velocidades diferentes nos cilindros laminadores. Misturador As matérias-primas provenientes do Laminador tem o destino de um moedor/misturador, onde é adicionada água, até que a massa cerâmica formada tenha a umidade e a plasticidade necessárias à extrusão. Durante a permanência da argila no cocho, uma dupla fila de facas helicoidais, colocadas longitudinalmente, efetua uma intensa mistura. A argila se encaminha, gradativamente homogeneizada, até sua saída, para o estágio seguinte de preparação. Extrusora Na extrusora, conhecida também como maromba, uma rosca interna, sem fim,impulsiona a massa, forçando-a a passar por uma chapa de aço

5 perfurada, lançando-a dentro de uma câmara de vácuo. Da câmara de vácuo, a massa é retirada por outra rosca sem fim, que a impele através de uma matriz de aço (boquilha), onde a massa recebe a forma desejada. Corte A barra contínua de material extrudado é cortada manualmente ou automaticamente, com as dimensões requeridas logo após a saída da extrusora, tendose então o tijolo, Secagem Depois que a massa cerâmica sai da extrusora e adquire a forma dos produtos desejados, estes são encaminhados para a secagem. O objetivo desta etapa é a redução do teor de umidade dos produtos de 20 a 25% após a extrusão ou prensagem, para 6 a 10% após a secagem. São empregados dois métodos de secagem, o natural ou o artificial. Queima A etapa de queima dá aos produtos cerâmicos suas características finais típicas, como resistência, cor, entre outras, atingidas por uma série de transformações estruturais e químicas, que ocorrem quando as argilas são submetidas ao calor. A temperatura de queima é da ordem de 750 a 900ºC para tijolos, de 900 a 950ºC para telhas e 950 a 1200ºC para tubos cerâmicos. A etapa de queima é conduzida em equipamentos térmicos, denominados fornos, cuja concepção térmica mostra uma grande variedade. As operações de queima e secagem são as que consomem a maior parte do combustível utilizado. Controle de Qualidade É feito na saída do forno, rejeitando-se o material quebrado, trincado, lascado e/ou queimado em excesso. A inspeção é somente visual. Algumas poucas empresas, entretanto, retiram amostras dos produtos para testes em laboratórios próprios ou contratados para tal. Estocagem e Comercialização O armazenamento dos produtos finais é feito em área coberta, permanecendo aí até a comercialização. Algumas empresas já estão adotando o sistema de embalagem em plásticos e colocação em pallets, o que facilita o carregamento e transporte dos produtos. 5

6 6 2 Reformas no Forno: 2.1 Instalação de novas fornalhas: As fornalhas originais do forno túnel foram construídas para a queima de serragem, requerendo um maior volume interior e uma grelha para a própria queima da serragem e para a separação de boa parte das cinzas provenientes da combustão. Com a conversão ao gás natural adaptou-se os queimadores a estas fornalhas, mas pelo seu grande volume, as mesmas passaram a ser responsáveis por uma grande perda de calor para o exterior. Foram feiras alteração destas fornalhas, colocando-as embutidas na própria parede do forno. Os detalhes de construção são mostrados na seqüência de figuras apresentadas. Na figura 2 mostra-se uma das fornalhas construídas para queima de serragem sendo adaptada para uso do gás natural. Figura 2 Fornalha antiga, utilizada para a queima de serragem e adaptada ao gás natural. Nas figuras 3 e 4 observa-se o formato das novas fornalhas com os três arcos com raios crescentes, propiciando uma abertura na chama, evitando um ataque direto

7 concentrado sobre a base da carga. Na figura 5 observa-se ainda o encaixe da pedra refratária de suporte do queimador de gás natural. 7 Figura 3 Detalhe de uma das novas fornalhas, vista do interior do forno. Figura 4 Nova fornalha com os três arcos e a parede externa para encaixe do queimador.

8 8 Figura 5 encaixe do queimador de gás natural nas novas fornalhas. Como se ampliou o número de 6 para 10 fornalhas, sendo 5 de cada lado do forno, a ampliação foi feita na direção do pré-aquecimento, de forma a poder preparar melhor a carga para a queima. Aumenta-se assim a zona de queima, ou de outro modo, aumenta-se o tempo de residência da carga nesta zona, permitindo um aumento futuro de produção do forno. Após feita as instalações dos novos queimadores a gás natural passando de 6 para 10 fornalhas e estes últimos quatro queimadores de menor capacidade de queima foram instalados na parte final do forno com o objetivo de manter a temperatura para queima do produto em um espaço maior do forno. Novas regulagem do forno foram e ainda estão sendo feitas para que o forno trabalhe em um regime otimizado de queima. Das alterações feitas podem ser citadas a regulagem das válvulas de pressão do gás natural, a regulagem das válvulas de vazão do ar, um controle maior do ar externo que entra no forno, as duas primeiras podem ser vistas na tabelas abaixo. Com o alongamento da zona de queima, visando um futuro aumento de produção através da modificação das fornalhas e adição de novos queimadores, como

9 mostrado na figura 6, uma nova condição de trabalho foi implementada no forno. Esta condição interferiu no funcionamento dos queimadores, fazendo com que estes necessitassem de ajustes em sua razão estequiométrica. Outros detalhes devem ser levados em conta, as fornalhas agora estão alocadas na parede do forno e não externamente como era anteriormente. Este novo posicionamento tornou as fornalhas mais eficientes em termos de trocas térmicas, principalmente em relação as trocas radiativas. Grande parte da radiação das fornalhas antigas ficava enclausurada em função da forma construtiva, o que não acontece com as fornalhas novas. Com isso a temperatura dos gases na lateral do forno onde é realizadas as medições, tornou-se maior do que a temperatura dos gases junto a abobada do forno (figura 7). 9 Figura 6 Novas fornalhas instaladas. Com as modificações a regulagem dos queimadores ficou mais dificultada, uma vez que um erro na mesma provoca alterações nas temperaturas que imediatamente é transferida para a carga em função da proximidade com os queimadores, assim um erro de regulagem pode até mesmo derrubar a carga no forno até o presente momento

10 não ocorreu este fato mas em alguns ajustes pode perceber um excesso de queima do produto. Para ilustrar esta maior dificuldade pode-se pegar o fato da maior proximidade das fornalhas com a carga, este ponto trouxe uma nova variável que não existia anteriormente o comprimento da chama. A Chama é um ponto de concentração de energia que varia em função da sua razão estequiométrica, onde a temperatura pode chegar a mais de 1300 C, desta maneira a chama tem que ser mais curta para não encostar na carga e danificar os produtos. Para tanto deve-se realizar regulagens cada vez mais lentas, observando um período maior de estabilização e com uma análise mais minuciosa dos resultados obtidos. Na tabela 1, 2 e 3 encontram-se os valores de pressão de ar e gás para os queimadores instalados agora nas novas fornalhas. Na tabela 1 temos os valores iniciais para após a montagem e adaptação da parte antiga do sistema para a nova condição. Em primeiro momento foi realizado somente um ajuste na bateria 1, que encontrava-se com uma chama muito rica e produzindo labaredas quando trabalhava na pressão mínima. Tal ajuste foi realizado na válvula de ar, onde a posição de mínimo foi realinhada. Os valores desta primeira regulagem estão descritos na tabela Tabela 1 - Pressões de ar e de gás nos queimadores. Antes da regulagem Bateria Queimador 1 Queimador 2 Queimador 3 Queimador 4 Queimador 5 Pressões LD Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Ar [mmh2o] Gás [mmh2o] Tabela 2 - Pressões de ar e de gás nos queimadores. Primeira regulagem Bateria Queimador 1 Queimador 2 Queimador 3 Queimador 4 Queimador 5 Pressões LD Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Ar [mmh2o] Gás [mmh2o]

11 11 Após a estabilização da queima uma segunda regulagem fez-se necessária para a diminuição da variação do sistema em relação ao valor ajustado no controlador, principalmente na bateria 2 onde a variação estava muito alta. Na tabela 3 encontramos os valores ajustados para o funcionamento atual dos queimadores. Um acompanhamento contínuo esta sendo realizado, para que se necessário, seja realizado novos ajustes. Tabela 3 - Pressões de ar e de gás nos queimadores. Segunda regulagem Bateria Queimador 1 Queimador 2 Queimador 3 Queimador 4 Queimador 5 Pressões LD Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Ar [mmh2o] Gás[mmH2O] Este novo sistema conta com queimadores menores na parte final da zona de queima, no caso bateria 1. Estes queimadores de menor potência, se fazem necessário para facilitar a regulagem, pois nesta região da zona de queima temos que somente manter a rampa de aquecimento da carga e justamente neste ponto a argila não sofrerá mais reações. Assim os queimadores trabalharão em uma condição de menor solicitação, podendo em algumas situação trabalhar abaixo da faixa de mínimo dos queimadores maiores.

12 Temperatura ( C) Região de Influência do Resfriamento Rápido Posição (m) Figura 7 Perfil de temperaturas do forno antes e depois da reformulação da Zona de queima. Na figura 7 pode-se observar os perfis de temperatura dos gases do forno medidos em sua lateral. A curva de foi medida após as primeiras regulagens dos queimadores, nota-se um grande aquecimento em praticamente toda a extensão do forno comparativamente com a medição realizada antes da construção das novas fornalhas. E nesta curva temos também indicada a influência do resfriamento rápido, mostrando a queda brusca de temperatura. Na região da zona de queima tivemos um grande aumento de temperatura, isto evidencia ainda mais a eficiência das fornalhas, em relação as trocas térmicas, é válido lembrar que a temperatura de queima controlada próximo a abóbada do forno permaneceu inalterada, apenas a energia ficou melhor distribuída, pois parte dos aproximados 10% que eram perdidos nas fornalhas ficam agora direcionado para o forno. A análise dos gases foi realizada para o controle das emissões e estimar o funcionamento global do forno. Na tabela 4 podemos notar uma sensível diferença no excesso de ar total do forno, nas medições anteriores o nível de O2 fixara-se ao redor de 12% e agora ele esta no nível de 9,7%. Isto indica que a principal modificação deste índice provem do melhor nível de isolamento deste forno quanto a infiltrações externas. Que foi evidenciado com a implantação da calha de areia e da troca das vagonetas, que possuem um revestimento muito superior a outra.

13 O restante dos índices estão se mantendo em níveis normais, indicando que o sistema de queima está funcionando normalmente dentro dos padrões esperados. 13 Tabela 4 - Resultado da análise dos gases do canal do forno. DATA 08/04 08/04 08/04 DATA 08/04 08/04 08/04 HORÁRIO 18:45 18:47 18:51 HORÁRIO 18:44 18:48 18:50 MEDIÇÃO MEDIÇÃO O 2 [%] 9,8 9,7 9,7 O 2 [%] 9,8 9,6 9,7 CO [mg/m 3 ] CO [PPM] CO 2 [%] 6,3 6,4 6,3 CO 2 [%] 6,3 6,4 6,4 CO/CO 2 1E CO/CO 2 3E NO [mg/m 3 ] NO [PPM] NO 2 [mg/m 3 ] NO 2 [PPM] NO x [mg/m 3 ] NO x [PPM] SO 2 [mg/m 3 ] SO 2 [PPM] Tflue [ C] 504,5 547,1 550,1 Tflue [ C] 502,0 544,8 548,3 Tamb [ C] 27,1 27,2 27,5 Tamb [ C] 27,0 27,3 27,4 Com todas estas modificações implantadas o forno agora pode produzir mais, sendo seu limite imposto momentaneamente pelo secador que esta em desenvolvimento. Suas regulagens podem ser mais minuciosas pois agora temos vários controles para podermos balancear o forno quanto ao aumento de produção e desperdício de energia Resfriamento Rápido Instalação de um resfriamento rápido próximo a saída do forno, isto foi feito através da colocação de tubos de aço apontados para dentro do forno que conduzirão ar que é enviado por um ventilador, este resfriamento tem por objetivo um aproveitamento maior da energia contida na carga de tijolos, esta energia atualmente é aproveitada mas de forma lenta pois só é aproveitado a energia liberada por convecção livre. Com o resfriamento rápido temos um grande aumento do ganho de energia para a secagem, através do aproveitamento de parte desta massa de gases. Este fato ocorre em função destes gases, apesar de possuírem pequena massa, estão a uma temperatura alta no mínimo na ordem de 600 C.

14 Este sistema foi instalado vislumbrando uma diminuição das perdas referentes a base cerâmica da vagoneta, uma vez que o sistema implantado permite o resfriamento da parte superior da mesma. Na figura 8 pode-se notar que a tubulação possui dois pontos de injeção paralelos, estes pontos no interior do forno ficam a altura da base cerâmica da vagoneta, fazendo o primeiro resfriamento desta parte da vagoneta, que em função da carga e também de sua massa, tem-se grande dificuldade de se fazer um resfriamento adequado. O acompanhamento das temperaturas esta sendo feito através de medições das temperaturas com termopares do tipo K (cromo e alumínio),em pontos que podem ser vistos na figura 9. Depois de feito a instalação do resfriamento rápido foi feito a medição da temperatura antes e depois da injeção de ar, após esta analise foi detectado a necessidade de uma melhor regulagem das entradas de ar frio no forno e de um controle no exaustor que retira calor da zona de queima e transporta para o préaquecimento. As mudanças feitas foram: 1) Bloqueio parcial de entrada de ar frio provindo do ambiente; 2) Injeção de ar frio na zona de pré-aquecimento fazendo com que o exaustor localizado no pré-aquecimento não retire muito calor da zona de queima ; 3) Controle de temperatura antes e depois do local onde foi instalado o resfriamento rápido; 4) Controle de temperatura na tubulação que leva os gases quentes do forno para o secador; e controle de temperatura nos canais do secador. 14 Antes dos Ajustes Temperatura Posição Antes do refriamento rápido Temperatura Posição depois do refriamento rápido Temperatura na tubulação dos gases quentes Temperatura no canal central do secador Temperatura no canal lateral do secador ,4 Depois dos ,5 73 Ajustes Tabela 5 Para ajuste do comportamento do forno com resfriamento rápido.

15 15 Pontos de controle do Resfriamento Rápido Figura 8 Detalhe da tubulação inserida na parede do forno. Figura 9 Controle de temperatura e pressão do sistema de resfriamento rápido. Na figura 8 pode-se ver as válvulas de controle da vazão do ar de resfriamento. Estas válvulas se fazem necessárias para eventuais problemas de trincas localizadas na região de injeção, uma vez que este forno utiliza cargas sem intervalos e os avanços da carga ocorrem em pequenos intervalos de tempo, assim no ponto de injeção do ar de resfriamento pode-se atingir bruscamente a temperatura de transformação do quartzo, propiciando o aparecimento de trincas localizadas. Para facilitar este controle três pontos de aquisição de temperatura e pressão estática foram instalados no forno (figura 9).

16 16 Figura 10 Válvula de controle da vazão de injeção de ar individualizada. Figura 11 Ventilador de insuflamento do resfriamento rápido. Na figura 11 temos o ventilador ligado a tubulação mestre do sistema de resfriamento rápido, nesta tubulação está prevista a utilização de um segundo ventilador caso este se faça necessário. O efeito do resfriamento rápido pode ser prontamente percebido em uma simulação realizada no próprio forno, resumida na tabela 5. Primeiramente mediu-se a temperatura do forno na região do resfriamento rápido, após o sistema foi desativado, e aguardado a estabilização do forno e então realizada outra medição. O importante desta comparação é a visualização de que a energia associada a esta diferença de temperatura esta toda contida no escoamento do interior da zona de resfriamento, e parte é reintroduzida na zona de queima e parte segue para o secador.é visível ainda a diminuição da energia residual transportada pela vagoneta e pela carga. Tabela 6 Temperaturas medidas na região do Resfriamento Rápido. Resfriamento Rápido Ligado Desligado Comprimento Temperatura Comprimento Temperatura , ,1 72,5 601,3 72,5 743, , ,6

17 Na figura 12 podemos notar a influência do resfriamento rápido na zona de queima do forno, podemos ver um comparativo entre a curva de queima do forno com o resfriamento rápido funcionando e com o mesmo desligado Sem Resfriamento Rápido Com Resfriamento Rápido Temperatura [ C] Comprimento [m] Figura 12 influência do resfriamento rápido na zona de queima Economias podem também ser verificadas com o resfriamento rápido, pois com ele tem-se um melhor aproveitamento da energia levada com a carga e vagoneta, além de se dificultar a retirada de gases da zona de resfriamento para o secador aumentando a eficiência energética global da cerâmica. Este fato pode ser comprovado através de uma análise de gases realizada na tubulação de ar aquecido que vai para o secador, tabela 6, onde pode-se ver que não há componentes gerados pela combustão na atmosfera do referido duto.

18 Tabela 7. Resultado da análise dos gases no secador. DATA 08/04/ /04/2003 HORÁRIO 19:05 19:07 MEDIÇÃO 1 2 O 2 [%] 20,8 20,8 CO [mg/m 3 ] 0 0 CO 2 [%] 0 0 CO/CO NO [mg/m 3 ] 0 0 NO 2 [mg/m 3 ] 0 0 NO x [mg/m 3 ] 0 0 SO 2 [mg/m 3 ] 0 0 Tflue [ C] 198,2 197,6 Tamb [ C] 28,2 28,2 Outra forma de poder-se notar a influência do resfriamento rápido é através da curva de pressão estática ao longo do túnel forno, representada pelos pontos experimentais da figura 13. A partir desta curva podemos estabelecer regulagens no forno de forma a manter a zona de queima ou parte dela com pressão positiva ou ao menos zero. Com isto estamos facilitando as trocas térmicas no interior da zona de queima, principalmente no interior da carga, Assim esta curva de pressão estática tornou-se mais um recurso a ser utilizado como referencia para regulagens Pressão [mm H2O] pressão Região de influência do Resfiamento Rápido Comprimento [m] Figura 13 Perfil de pressão ao longo do forno.

19 19 Este calor que é retirado no resfriamento dos tijolos tem como principal destino a secagem de material, o ar aquecido é puxado por um exaustor que esta localizado no final de uma tubulação que liga o forno ao secador. 2.2 Secagem: Levantamentos de dados: Tem-se o objetivo de efetuar melhorias no secador começando com a colocação de uma porta na entrada e outra porta na saída do mesmo com o objetivo de eliminar o contato do material que esta dentro do secador com o ar frio. A instalação de uma chaminé na entrada do secador Figura 14 também foi implementada isto se viu necessário pois este é um secador contra corrente onde os gases quentes se deslocam ao contrario do deslocamento da carga, e uma chaminé na entrada do secador se viu necessário para a extração da umidade. A chaminé que atualmente se encontra no centro do secador será mantida pois a nova chaminé não consegue extrair toda a umidade. Figura 14 - Chaminé instalada na entrada do secador da Cerâmica Heinig

20 Com a instalação da nova chaminé,diminuiu muito a ocorrência da secagem somente do lado central do secador isso pode ser visto na figura Figura 15 - Saída do secador antes da instalação da chaminé O controle de temperatura e umidade também está sendo feito através da instalação de termopares ao longo do secador onde será possível levantar a curva temperatura e de umidade do secador. Está sendo feita a medição das temperaturas ao longo do secador com o objetivo de levantar a curva de funcionamento do secador e também esta sendo medido a temperatura de bulbo umido para poder saber qual é a umidade que existe ao longo do secador, para estas medições foram feito 6 furos ao longo dos 30 metros de comprimento do secador estes furos foram feitos rente a parede lateral do secador. O perfil de umidade do secador será de grande valia para poder se entender o fenômeno da secagem de argila. Este teste esta sendo feito com a medição da temperatura de bulbo seco através de um termopar tipo J (Ferro-Niquel) encapsulado em um tubo de alumínio com orifícios na ponta para tentar diminuir o efeito da radiação no resultado, a temperatura de Bulbo úmida esta sendo medida através de um termpar tipo J com a ponta envolta em uma mecha que esta mergulhada em água e na outra extremidade do tubo de

21 alumínio tem um ventilador succionando o ar quente de dentro de secador e este ar entra em contato com o termopar. Os pontos de medição e os resultados podem ser vistos na Figura 16 e Figura Secador Cerâmica Heinig Entrada Porta Chaminé Pontos de Medição Canais Carga Carga Chaminé Forno Gases do Forno Porta Saída Ventilador Radial Figura 16 - esquema do secador após as mudanças, e os pontos de medição de temperatura e umidade.

22 Ponto proximo ao piso do secador Ponto central do secador Ponto proximo ao teto do secador Umidade relativa % Comprimento metros Figura 17- Prefil de umidade no secador. Outra mudança feita para melhor funcionamento do secador é a instalação de uma manta isolante em todo o comprimento da tubulação dos gases provenientes do forno (Figura 18). Estes gases provenientes do forno tem tempratura de 160ºC atualmente, após colocado o isolamento está temperatura foi para 180ºC. Figura 18 Lã de vidro colocada sobre a tubulação que liga a fornalha ao secador.

23 23 Testes no secador foram feitos no intuito de uma melhora de secagem, um dos testes foi desligar o ventilador que injeta ar frio na saída do secador com este teste pode-se notar uma diferença grande na temperatura de saída do secador e um auto teor de umidade na saída, mas a principal diferença foi notar que a chaminé não exerce puxada nos gases quentes atuantes na entrada do secador Melhorias no setor de Secagem: Na Figura 19 pode ser visto um gráfico de funcionamento do secador da Cerâmica Heinig, todos os pontos foram medidos após algumas alterações na laje do secador, ao longo dos 37,5 metros foram feitos 13 aberturas com o tamanho de 15cmx20cm. Desta forma foi possível obter a curva de umidade relativa e a curva de variação de massa ao longo do secador e assim verificar a eficiência de secagem. O teste da variação de massa em um tijolo ao longo do secador foi feito através da escolha de uma amostra e o seu acompanhando durante todo o ciclo de secagem que foi de 18 horas. O tijolo escolhido foi o de 6 furos 10x15x20cm que é o produto maior produção na cerâmica Heinig.

24 24 Massa (g) Carga 60 Atmosfera do Secador Comprimento (m) Umidade Relativa (%) Figura 19 Gráfico de umidade relativa e variação de massa ao longo do secador. Na figura 20 podemos ver as aberturas que foram feitos na laje do secador e acompanhar à retirada do corpo de prova.

25 25 Figura 20 Retirada do corpo de prova para ser pesado. Com este acompanhamento pode-se obter algumas informações sobre o funcionamento do secador, uma delas é que a perda de massa no secador ocorre principalmente dos 13 metros em diante onde já houve a retirada do excesso de água que se encontra na superfície do produto. No ponto onde estava localizada a amostra era a parte superior do vagão é onde o secador possui a maior eficiência, com isso após o material sair do processo de secagem foi colocado em um local de temperatura maior que a do funcionamento do secador para se constatar a eficiência de secagem. O tijolo permaneceu por 6 horas neste local onde a temperatura era superior a 200ºC e depois foi posto no ambiente novamente para se ter uma idéia da umidade que o tijolo ganhou exposto ao ambiente em um dia de sol, verificando que no local onde estava a amostra a secagem é adequada.

26 No entanto a secagem não é homogênea em todo o vagão, principalmente em sua parte inferior, assim torna-se necessário um trabalho para torna-lo mais homogêneo.(tabela 8) Local da amostra Saída do Secador Forno Ambiente Umidade residual 1,54 % 0 % 1,54 % Tabela 8 Verificação da eficiência de secagem do secador. 26 Foram sugeridas melhorias para secagem, a primeira consiste em mudar o extrator de umidade instalando por um com maior capacidade de retirar a umidade na entrada do secador, associada com a instalação de uma porta evitando assim a condensação na entrada do secador. A injeção de ar quente na saída do secador seria feita não só através de um único canal central mais pelos três canais do secador (figura 21), a eliminação da chaminé que existe no meio do forno será necessário pois os gases quentes devem circular a carga desde a sua entrada até a sua extração na entrada do secador (carregados de umidade).

27 27 Figura 21 Proposta para mudança do funcionamento do secador. A outra sugestão consiste em construir um pré-secador ao lado do secador para que o material que sai da maromba possa ir secando a uma temperatura de 60 a 80 graus somente retirando o excesso de água. Esta obra possibilitaria uma maior produção no setor de secagem, pois o produto entraria no secador com uma umidade menor e assim sendo possível impor uma maior velocidade de secagem.(figura 22) Figura 22 Vista lateral do secar atual e sugestão para ampliação do secador.

28 Nas figuras 22, 23 e 24 podemos ver com seria o secador com a ampliação de sua área de secagem, na figura 4 pode ser visto como seria a injeção de ar quente na nova área de secagem. Na figura 23 temos uma vista superior de como seria o secador e do fluxo dos vagões dentro do mesmo. Nas figuras 24 tem-se uma vista frontal de como ficaria o secador com as modificações sugeridas. 28 Figura 23 Vista superior do secador mostrando sua possível ampliação e o fluxo de carga. Na figura 23 a pré-secagem funcionaria na parte superior da figura, enquanto o secador continuaria a ser a parte inferior.

29 29 Figura 24 Vista Frontal do secador após a reforma. 3 Implementação do selo de qualidade: O presente aluno participou direta e indiretamente do processo de implementação do selo de qualidade este projeto de Certificação é uma parceria SEBRAE/UFSC visando orientar as indústrias de cerâmica vermelha do Estado de Santa Catarina no processo de obtenção de certificação junto ao CCB (Centro Cerâmico do Brasil) e está sendo feito na Cerâmica Heinig. Na figura abaixo estão representadas graficamente as pontuações obtidas pela empresa depois de feita a primeira visita da empresa responsável pela implementação do selo de qualidade. Na figura 25, esta pontuação está organizada por categorias, permitindo a comparação com a pontuação mínima exigida e com a pontuação máxima que pode ser alcançada.

30 Listas de Verificação - Cerâmica Heinig Ltda. Pontuação por Categorias 100 Pontuação Pontuação Fração 60% Máximo 20 0 Sistema de Qualidade Controle do Processo Controle do Produto Auditoria Treinamento Pesquisa e Desenv. Figura 25 Pontuação por categorias Após analise da figura acima foi feito um roteiro de pontos que devem ser abordados para se obter a pontuação mínima necessária para certificação do produto. Estes pontos serão citados abaixo: a) Implantação de um programa para a qualidade. As ações que estão sendo tomadas: Organizar um setor de qualidade, instituindo responsáveis pela implementação e manutenção do programa. Elaborar um Manual da Qualidade, com todos os procedimentos para garantir o sistema da qualidade da empresa, desde aquisição de materiais até a assistência técnica do produto. Definir a estrutura gerencial da empresa e incluir no Manual da Qualidade, com a descrição das atribuições e responsabilidades de cada um. Definir a política de qualidade da empresa, devendo ser escrita e divulgada para funcionários e clientes. Esta política deve estar descrita no Manual da Qualidade

31 b) Controle da matéria-prima e mistura utilizada para fabricação do produto. Ações: Organizar um pequeno laboratório, para ensaios com as matérias-primas. Este laboratório deve dispor de uma balança, uma estufa, um paquímetro, recipientes com graduação para medir volume de líquidos (bequers ou provetas), um jogo de peneiras de latão (pelo menos 3 aberturas de malha diferentes), uma mufla (para aquecimento até 1000 C). Contratar um técnico qualificado que se responsabilize pela montagem do laboratório, ensaios com matérias-primas e controle da mistura. Manter registros de todos os ensaios e acompanhar alterações de qualidade na matéria-prima. Através deste acompanhamento, adequar a mistura, adição de umidade e eventuais alterações no processo de produção. Permitir um descanso da matéria-prima, antes da utilização. Este período deve ser estudado, para promover suficiente homogeneização das características do monte e decomposição de sulfatos e carbonatos e irá depender da qualidade da matériaprima extraída. 31 c) Organização da documentação e procedimentos definidos para o controle do processo e rastreabilidade do produto, montagem de procedimentos e registros de manutenção, empregar programas de segurança no trabalho, empregar ferramentas estatísticas para o controle do processo. Ações: Definir procedimentos de controle e operação (devem constar no Manual da Qualidade) e disponibilizar instruções aos operadores. Estas instruções devem estar localizadas próximas ao local de operação a que se referem. Manter controle da qualidade das peças durante a produção (umidade, retração de secagem, peso) e das perdas em determinadas etapas do processo (na secagem, na queima). Adotar número de lote ou data no produto, acompanhado através de fichas ou registros, que defina quando e sob que condições cada peça foi produzida. A forma de rastreabilidade dos produtos, desde a expedição até a matéria-prima deve constar no Manual.

32 Estabelecer planos de manutenção de equipamentos a intervalos regulares, com registros e histórico de intervenções e procedimentos constantes do Manual. Estabelecer itens de controle para a produção e acompanhar através de gráficos de controle e CEP. Adotar programas de prevenção e controle de acidentes no trabalho (CIPA, Quadro de acidentes, mapas de risco). 32 d) Realização de ensaios com o produto final. Ações: Adquirir equipamentos para os ensaios com produtos, previstos em norma. Pode-se utilizar serviços de outras instituições como SENAI ou CTC. Todos os equipamentos de laboratório necessitam de calibração e manutenção periódicas, devendo manter-se o histórico de cada intervenção ou regulagem nestes equipamentos. A produção deve ser inspecionada diariamente através de ensaios por amostras. O lote só deve ser liberado como produto certificado caso a amostra atenda todos os requisitos da norma. (Caso o lote seja liberado antes de terminado os ensaios, deve ser possível rastreá-lo e recolhê-lo se os resultados não atenderem aos requisitos). Manter registro de todos os ensaios realizados com os produtos, contendo sempre as informações de origem da amostra (data da coleta, n do lote, local de coleta, etc.) Os lotes rejeitados devem ser separados e identificados. O destino destes lotes deve estar previsto em procedimentos descritos no Manual da Qualidade. Acompanhar a qualidade do produto acabado através de gráficos de controle. e) Treinamento de Pessoal. Medidas tomadas: Estabelecer uma política de treinamento para funcionários. Estes devem receber capacitação para exercer suas funções principais, sejam: operação, controle, vendas, atendimento, etc. e orientados como colaboradores do sistema de qualidade da empresa. Deve-se avaliar periodicamente a necessidade de reciclagem e atualização dos funcionários, seja da parte administrativa, produção ou setor de qualidade.

33 33 5 Conclusão. PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP Este relatório mostra o avanço obtido no forno com a implantação de novas fornalhas e a modificação das fornalhas anteriores, com a implantação do sistema de resfriamento rápido e as calhas de areia e ainda a troca das vagonetas. Apenas no momento de implantação de todo o conjunto pode-se avaliar o resultado do comportamento do forno, o qual já voltou a manter um nível mais elevado de produção, cerca de 25 % superior ao nível do início do projeto. Uma maior quantidade de energia está sendo levada ao secador, que também está sofrendo modificações, de forma a permitir manter o nível de produção do forno. Mudanças ainda estão sendo esperadas com a implantação de uma nova maromba ou extrusora, de maior capacidade de compactação da massa, necessária ao aumento da qualidade e da resistência mecânica do produto. Foram apresentadas as duas propostas para o secador e a escolhida foi a primeira onde será utilizada a estrutura atual do secador e será mudada a forma da circulação dos gases. Outro teste no interior do forno está sendo programado, pois ocorreram alguns problemas em relação a referencia utilizada e aos pontos medidos, e como o forno estava funcionando com a zona de pré-aquecimento deficiente não foi possível obter a curva de funcionamento correto do forno. Mesmo com o final do estágio os trabalhos não terminaram na cerâmica Heinig onde o projeto de implementação de melhorias se estende até o final do ano de 2003, e com isso algumas modificações ainda serão feitas. Durante o tempo de duração do estágio foi possível aprender muito sobre o funcionamento de uma empresa do setor cerâmico e de outros setores devido as inúmeras visitas que ocorreram, também uma grande lição foi a aprendizagem de como trabalhar em grupo é a melhor forma para uma empresa crescer. Gostaria de Agradecer a cerâmica Heinig nas pessoas do Ivo Heinig Junior e da Marise Heinig, por ceder sua empresa para estágio e pelo tratamento carinhoso que obtive desde o primeiro dia que cheguei na empresa.

34 6 Bibliografia. 1. Incropera F. P., Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 3ª edição, Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, Rj, Stoecker W. F., Refrigeração e Ar-Condicionado, Editora McGraw-Hill, São Paulo, SP, Bazzo E., Geração e Distribuição de Vapor, Editora UFSC, Florianópolis, SC, 2ª edição, Facincani, E., 1992, Tecnologia Cerâmica: I Laterizi, 2. ed., Gruppo Editoriale Faenza Editrice, Faenza, Italia, 34