COMPARAÇÃO DO CUSTO DA ENERGIA DE FUSÃO DO VIDRO ENTRE DIFERENTES TIPOS DE FORNO.

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1 1 COMPARAÇÃO DO CUSTO DA ENERGIA DE FUSÃO DO VIDRO ENTRE DIFERENTES TIPOS DE FORNO. Miguel ZORROZUA Vitrum Tech Engenharia Ltda. RESUMO A parcela crescente do custo da energia de fusão do vidro no custo de produção, devido ao aumento do preço dos insumos energéticos, tem redobrado o interesse da indústria por esse fator. Por outro lado a evolução provável dos preços relativos das fontes de energia modificará a competitividade energética dos diferentes tipos de forno, influenciando decisões estratégicas de investimento. Avaliam-se os custos atuais da energia necessária para a fusão dos vidros industriais em cada tipo de forno a patamares de produção variáveis. São adotadas condições uniformes de preço dos energéticos bem como os melhores níveis, tecnológico e de capacidade de fusão, disponíveis para cada tipo de forno em competição, no início de suas campanhas. A sensibilidade da competitividade energética das diferentes técnicas de fusão à variação dos preços relativos entre insumos do tipo commodities, como os derivados do petróleo, e locais, como a energia elétrica o gás natural e o oxigênio, é abordada. Disponibiliza-se uma planilha destinada à estimativa do custo real da energia de fusão de vidros sodo-cálcicos para condições particulares de preço dos insumos e de características da produção. Observam-se a aplicabilidade e as vantagens relativas dessas opções em alguns casos típicos freqüentes. BASES DAS COMPARAÇÕES Tipos de forno Quatro tipos de forno são considerados: com regeneradores, com recuperador(es) metálico(s), a oxigênio, elétrico. Os fornos com regeneradores utilizam o ar atmosférico como comburente, a queima é descontinuada pela inversão periódica e

2 2 concomitante do combustível e do ar. Os regeneradores pré aquecem o ar e são dispostos de cada lado da cuba, queima transversal, ou na sua traseira, queima em ferradura. Os fornos com recuperador(es) metálico(s) utilizam igualmente o ar atmosférico como comburente, a queima é contínua. O ar de combustão é pré-aquecido em um ou mais recuperadores metálicos, segundo a dimensão do forno. Os fornos a oxigênio utilizam o oxigênio, mais ou menos puro, à temperatura ambiente como comburente em queima contínua. Os fornos elétricos não utilizam combustíveis mas tão somente a eletricidade como fonte de energia. A superfície do banho é coberta pela mistura vitrificável que a isola termicamente do exterior. Todos eles são equipados com uma garganta que separa as zonas de fusão e de condicionamento térmico ou, no caso de vidro float, de um simples estreitamento da cuba Tipos de vidro Segundo a aplicação a que se destina, a repartição atual da produção nacional é: Vidros de embalagem, garrafas, potes, frascos 35% Vidros planos, float e impressos 3%

3 3 Vidros especiais, cinescópios, lâmpadas, garrafas térmicas, fibras óticas, tijolos de vidro, etc. 2% Domésticos, mesa e forno 15% Entretanto a tipificação que mais importa no nosso caso é a composição química do vidro pois ela influi sobre a tecnologia dos fornos e suas performances e, portanto, sobre o custo energético de fusão. Os vidros industriais são à base de silicatos e, entre estes, duas famílias silico-sodocálcicos e borosilicatos - representam a quase totalidade com uma esmagadora predominância dos primeiros (entre 85 e 9% do total). O estudo é direcionado para estes salvo, para exemplificar, o caso particular de uma pequena produção vidro boro-silicato duro. Extração 9% da capacidade máxima nominal do forno. Ou seja o consumo de energia será estimado na situação do forno fundindo 1% abaixo de sua capacidade máxima. Custo dos insumos energéticos Os atuais do mercado na região do Estado de São Paulo, a saber: (1) Óleo Combustível ultra viscoso A4-A5 (R$/t) 1 (2) Gás Natural (R$/1 m 3 ) 9 (3) Energia Elétrica (R$/MWh) 17 (4) Oxigênio produzido on-site sem a parcela do custo da energia elétrica necessária à sua produção (R$/1m 3 ), 2. m 3 /d de O m 3 /d de O m 3 /d de O 2 (criogênico) 9 (1) Vários (P ci=94 kcal/kg). (2) Portaria ASESP de 3/5/28 (P ci=85 kcal/m 3 ). (3) (Tensão de 88 a 136 kv) Resolução Nº 675, de 1/7/8 da ANEEL (4) (USD=R$ 2,) Energia elétrica: não criogênico:,6 kwh/m 3 ; criogênico:,5 kwh/m 3. Tecnologia dos fornos A mais avançada tecnologia disponível para cada tipo de forno. Idade Forno novo em início de campanha.

4 4 RESULTADOS Casos considerados Os seguintes casos em vidro silico-sodo-cálcico, foram considerados para comparação: Float Embalagem garrafaria Embalagem, potes, tijolos, mesa etc. Embalagem, frascaría e outros 7 t. vidro/d 4 t. vidro/d 2 t. vidro/d 1 t. vidro/d e ainda o caso particular seguinte: Vidro borosilicato duro 3 t. vidro/d Custo da energia de fusão (R$/t de vidro fundido) O gráfico apresenta o custo da energia de fusão (R$/t) em função da extração bruta do forno, para os quatro tipos de forno considerados. Extração bruta e tipo de vidro: 3 t/d vidro borosilicato duro, 1 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem, 2 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem, 4 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem 7 t/d vidro sílico-sodocálcico Float. Tipo de forno: com regeneradores 3 t/d a chama em ferradura, 1 t/d a chama em ferradura, 2 t/d a chama em ferradura, 4 t/d a chama em ferradura, 7 t/d a queima transversal. com recuperador(es) REGE o------o RECU o------o a oxigênio OXY o------o elétrico ELEC o------o

5 5 4 3 CUSTO (R$/t vidro) REGE i RECU i OXY i ELEC i T i EXTRAÇÃO (t.vidro/d) O melhor custo é obtido, em todos os casos, com o forno a regeneradores e o pior com o elétrico, salvo a pequenas extrações quando este se equipara. Os fornos a recuperador(es) e a oxigênio apresentam custos intermediários salvo nas baixas extrações. Uma ligeira vantagem nas extrações médias para o oxigênio. Custo (R$/t vidro) e sua variação (%) REGE RECU OXY ELEC 3 t/d R$ 257 R$ 328 R$ 344 R$ 26 1% 128% 134% 11% 4 t/d R$ 87 R$ 124 R$ 12 R$ 16 1% 143% 138% 184% 7 t/d R$ 134 R$ 164 R$ 164 R$ 218 1% 122% 122% 163% Sensibilidade a uma variação dos preços relativos dos insumos Os insumos do tipo commodities ; como os derivados do petróleo, face aos locais, como a energia elétrica o gás natural e o oxigênio; tem comportamento diferenciado quanto ao preço pelas suas características mercadológicas e logísticas pois, contrariamente aos locais, podem ser facilmente estocados e transportados a longas distâncias. Assim a evolução do preço dos óleos combustíveis, mais voláteis e sujeitos à demanda mundial, podem descolar-se da dos insumos locais.

6 6 Examinamos a sensibilidade da competitividade energética das diferentes técnicas de fusão a um aumento relativo de 5% do combustível líquido em relação aos demais insumos, supostos estáveis. O Gráfico à direita mostra o efeito sobre os custos em comparação com o gráfico anterior, reproduzido à esquerda CUSTO (R$/t vidro) 3 REGE i RECU i 2 OXY i ELEC i CUSTO (R$/t vidro) REGE2 i 3 RECU2 i OXY2 i ELEC2 2 i T i EXTRAÇÃO (t.vidro/d) T i EXTRAÇÃO (t.vidro/d) Apesar da incidência do aumento do preço relativo do óleo combustível, o forno a regeneradores mantém a sua posição de melhor custo. Entretanto o forno elétrico melhora sua competitividade em toda a gama de extrações e se torna agora claramente o melhor nas pequenas extrações. O forno a recuperador(es) sofre com o aumento relativo do óleo e se torna o pior em todos os casos enquanto o forno a oxigênio e o elétrico são intermediários e se equivalem salvo, como já assinalado, nas pequenas extrações onde o elétrico é imbatível. Custo (R$/t vidro) e sua variação (%) REGE RECU OXY ELEC 3 t/d R$ 386 R$ 492 R$ 449 R$ 26 1% 127% 116% 67% 4 t/d R$ 131 R$ 186 R$ 155 R$ 16 1% 142% 118% 122% 7 t/d R$ 2 R$ 246 R$ 221 R$ 218 1% 123% 111% 19%

7 7 Consumo de energia Muito embora não haja relação entre o consumo total de energia para a fusão e o seu custo correspondente já que o preço das diferentes formas de energia é diverso, pareceu interessante conhecê-lo, apenas como referencia. 2 CONSUMO DE ENERGIA ENERGIA (kwh/t. de vidro) WREGE j WRECU j WOXY j WELEC j T j EXTRAÇÃO (t/d) O menor consumo é obtido, em todos os casos, pelo forno elétrico e o mais elevado pelo a recuperador(es). Consumo de energia (kwh/t vidro) e sua variação (%) REGE RECU OXY ELEC 1 t/d % 139% 17% 88% 2 t/d % 136% 11% 97% 4 t/d % 143% 111% 99% 7 t/d % 123% 95% 88%

8 8 Principais fatores de cálculo adotados ρ q A c LEGENDA (%) (kcal/m2.h) (m2) (%) BORO SILICATO (3 t/d) ρ - rendimento de combustão Regenerador ou elétrico Recuperador q - perdas médias pelas paredes Oxigênio A - área de fusão Elétrico c - caco SODO-CÁLCICO (1t/d) Regenerador Recuperador Oxigênio Elétrico SODO-CÁLCICO (2t/d) Regenerador Recuperador Oxigênio Elétrico SODO-CÁLCICO (4t/d) Regenerador Recuperador Oxigênio Elétrico FLOAT (7 t/d) Regenerador Recuperador Oxigênio Elétrico OUTRAS CONSIDERAÇÕES A decisão estratégica que consiste na escolha do tipo de forno economicamente mais adequado depende, naturalmente, além do fator energético, do custo do capital investido e do custo da adequação às normas ambientais. Um exemplo particular de comparação entre um forno a recuperador metálico e outro a oxigênio, para a produção de fibra de reforço, no qual se introduziram também os custos do capital referentes ao forno, à obra civil e às instalações de tratamento dos fumos, ilustra o comentário.

9 9 Custo da energia de fusão (USD/t vidro) Custo total (energia + capital) (USD/t vidro) ENERGIA + CAPITAL(forno+civil+tratam) 2 CUSTO CAPITAL E TOTAL (USD/t) CE j CE j 15 CC j 1 5 RECUP. j OXY CONCLUSÃO Atualmente o melhor custo é obtido, em todos os casos, com o forno a regeneradores e o pior com o elétrico, salvo a pequenas extrações quando este se equipara. Os fornos a recuperador(es) e a oxigênio apresentam custos intermediários salvo nas baixas extrações com uma ligeira vantagem nas extrações médias para o oxigênio. Um hipotético aumento relativo do preço do óleo combustível em relação aos demais insumos melhoraria a competitividade dos fornos elétricos e a oxigênio e pioraria a dos fornos a recuperador metálico. Outros critérios, como o custo do capital investido e o custo do tratamento dos efluentes para sua adequação às exigências ambientais, deverão ser levados em conta numa perspectiva estratégica global para a escolha do tipo de forno mais vantajoso. REFERÊNCIAS Diversos fornecedores internacionais de tecnologia vidreira.. Agencias Oficiais, federais e estaduais de controle (ANEEL, ASESP, etc.).