PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICO - EELA

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1 PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL CAMBIO CLIMATICO - EELA AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO TÉRMICO DE FORNO CERÂMICO DO TIPO ABÓBADA EMPRESA: CERÂMICA TAVARES - PARELHAS - RIO GRANDE DO NORTE Rio de Janeiro - Brasil Setembro EELA es un programa de COSUDE, ejecutado por Swisscontact y PRODUCE

2 Cooperação Internacional: COSUDE - AGENCIA SUIZA PARA EL DESSARROLLO Y LA COOPERACIÓN SWISSCONTAC - FUNDACIÓN SUIZA DE COPERACIÓN PARA EL DESARROLLO TECNICO FUNCATE - FUNDAÇÃO DE CIÊNCIA, APLICAÇÕES E TECNOLOGIAS ESPACIAIS Instituição Executora: INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA INT Coordenação: Joaquim Augusto Pinto Rodrigues Equipe Executora: Marcelo Rousseau Valença Schwob Mauricio F. Henriques Jr. Roberto Enrique C. Tapia Rosana Medeiros Márcio Azevedo Guimarães Revisão Técnica: Fabrício dos Santos Dantas Mauricio F. Henriques Jr. Apoio Institucional: ACVC - ASSOCIAÇÃO DOS CERAMISTAS DO VALE DO CARNAÚBA ANICER - ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE CERÃMICA VERMELHA SEBRAE-RN - SERVIÇO DE APOIO ÀS MICRO E PEGUENAS EMPRESAS 2 de 23

3 1. INTRODUÇÃO Este trabalho de avaliação de desempenho térmico de fornos cerâmicos foi realizado pelo Instituto Nacional de Tecnologia INT, no âmbito do Projeto Eficiência Energética nas Pequenas Cerâmicas EELA. A empresa escolhida para a realização dos experimentos foi a Cerâmica Tavares, localizada no município de Parelhas/RN. Esta indústria conta com uma planta de produção de telhas, lajotas e blocos de vedação de diversos tipos e dimensões. Para tanto, emprega seis fornos do tipo abóbada de características semelhantes. O trabalho teve como objetivo calcular o consumo energético específico e o desempenho térmico geral dos fornos, tomando como exemplo a operação de dois deles, os de número 1 e 2, que operam conjugados em regime de aproveitamento de calor. Por fim, buscou comparar a eficiência térmica do sistema integrado por esses dois fornos com o modelo tradicional, que seria o de um forno operando de forma isolada e sem aproveitamento de calor. Para o trabalho de avaliação de desempenho térmico, foi adotado o método do calor útil absorvido pela carga do forno confrontado com o calor total fornecido ao equipamento através da alimentação de lenha. Os dados operacionais dos dois fornos foram levantados entre os dias 17 e 19 de agosto de Dentre os resultados a serem inferidos através das conclusões desse levantamento, encontram-se as possibilidades de comparação de desempenho entre os fornos operando com e sem recuperação de calor, o potencial de ganho energético em toda a planta de produção da empresa através da aplicação do sistema de recuperação de calor para os outros fornos e também a comparação dos dados de consumo e desempenho térmico dos fornos abóbada com os fornos do tipo caieira, muito empregados na região, levando em conta as suas diferenças quanto à qualidade do produto final. Os dados levantados e as conclusões realizadas neste relatório se referem exclusivamente às condições de operação encontradas, tais como as características da lenha utilizada (poda de cajueiro), as condições de umidade desta lenha, o tipo de argila (influência na temperatura de queima), o modo de carregamento das peças nos fornos (empilhamento e produtos), morfologia da lenha alimentada (influência na massa por metro cúbico estéreo), assim como as condições ambientes na época dos levantamentos de campo (temperatura e umidade). A tecnologia de reaproveitamento de calor empregada nos dois referidos fornos foi desenvolvida pela própria empresa, que deseja avaliar e aprimorar os ganhos econômicos, 3 de 23

4 técnicos, ambientais, energéticos e de produtividade, de modo a replicá-los para os outros quatro equipamentos em operação na empresa. Dentre os ganhos almejados, pretende-se atingir valores melhores de eficiência térmica e conseqüente redução do impacto ambiental e econômico promovido pelo menor uso de combustíveis, o que é de interesse do setor produtivo e da sociedade. No ensaio realizado pelo INT, com o apoio de funcionários da Cerâmica Tavares, procurou-se também mensurar os fluxos e tipos de perdas de calor no processo de queima de produtos cerâmicos para possibilitar o cálculo do desempenho térmico do forno pelo método das perdas. Os resultados do teste de eficiência térmica do equipamento permitiram mostrar que os dois fornos analisados operam com bons níveis de eficiência térmica e qualidade final do produto, comparando-se a equipamentos similares e destacando as vantagens técnicas e econômicas da recuperação de calor do forno 2 para o forno 1, ainda que demandem alguns ajustes na forma de operação. 2. METODOLOGIA A metodologia aplicada visou à avaliação do desempenho térmico e do consumo energético específico de dois fornos do tipo abóbada (forno2 recuperando calor para o forno 1), em operações de queima de telhas, lajotas e tijolos empregando a unidade kcal/kg, através da medição num ciclo completo de queima, do consumo total de combustível (galhos e troncos de poda de cajueiro), que permitiu o cálculo da energia térmica alimentada no forno (kcal), assim como da carga total processada no forno ao longo do ciclo monitorado (kg). Assim, calculou-se o calor útil demandado pela massa de argila seca processada em função de suas características físico-químicas e das condições atmosféricas ambientais, valor que foi confrontado com a energia térmica total fornecida pelo combustível, permitindo avaliar a eficiência térmica do forno.. Para a avaliação foi realizada a pesagem e a medição do teor de umidade (aparelho marca Testo 606-2) de uma amostra da carga alimentada no forno (duas peças de tijolo, duas de lajota e duas de telha). Ao fim do teste, um mesmo procedimento foi realizado quanto às peças queimadas. A empresa procede uma classificação da qualidade do produto final (1 a e2 a qualidade), porém, para efeito de cálculo, considerou-se o rendimento térmico e o consumo específico de energia com a totalidade dos produtos processados. Foi realizada a pesagem e a medição da umidade (mesmo aparelho Testo) de diversas amostras de galhos e troncos de madeira de poda de cajueiro, o combustível utilizado. O poder calorífico superior em base úmida, medido no laboratório Lacol-INT, foi utilizado na avaliação/cálculo da quantidade de energia fornecida ao processo. 4 de 23

5 As temperaturas de operação do forno foram medidas nos gases de exaustão (base da chaminé) e na fornalha (partes inferior e superior) através dos medidores fixos do forno com termopares do tipo K, assim como as temperaturas superficiais da parte externa e das bocas da fornalha de cada forno (para cômputo das perdas por radiação e convecção), através de termômetros de medição laser/infravermelho. Também foram realizadas medições do teor volumétrico de dióxido de carbono nos gases de exaustão para efeito de cálculo do excesso de ar na combustão, que permitiram o cálculo da perda de calor nos gases de exaustão. Em paralelo, foi realizada a avaliação da vazão de gases quentes no canal subterrâneo de condução dos gases quentes recuperados no forno 2 para reaproveitamento no aquecimento do forno 1. Toda a contagem de peças enfornadas e queimadas, incluindo perdas de produção foi efetuada pela própria empresa. 3. ENSAIOS E RESULTADOS Foram realizados dois testes, um para o forno 1 (recebendo o calor recuperado no forno 2) e outro para o forno 2 (fornecendo o calor nele recuperado para pré-aquecimento do forno 1) Forno 1 a) Condições operacionais do forno 1 Tipo: Abóbada ou redondo com alimentação de calor recuperado do forno 2. ( * ) Capacidade nominal: 100 t/fornada Dimensões: diâmetro de 7,8 m, com altura variável de 2,1 a 3,0 m. Tabela 1 - Produtos obtidos na fornada Telha 1 a Telha 2 a Telha sextavada Lajota 20x30 Canaleta Telha quebrada Tijolo 19x19 Produção (peças) Peso por peça (kg) 1,10 1,10 1,45 2,03 2,72 1,1 1,7 - Produção queimada: kg - Período de queima de cada fornada: 24 horas - Tipo de combustível: lenha de poda de cajueiro - Quantidade de lenha alimentada durante a fornada: 8 carrinhos de lenha - Umidade da argila na entrada: 8% - Umidade da lenha na entrada: 12% 5 de 23

6 (*) O valor do calor fornecido pelo Forno 2 foi considerado nos cálculos dos índices, apesar de não constituir custo adicional. b) Pesagem da madeira de poda de cajueiro utilizada como combustível Foi pesada uma amostra representativa de galhos e troncos totalizando 1,445 m 3 estéreos de lenha de poda de cajueiro que atingiu, medida numa balança eletrônica, a massa de 306 kg, levando a um valor de 211 kg por m 3 estéreo. Na fase inicial de queima, predomina a alimentação com lenha em troncos, portanto sem galhos, cujo valor foi estimado em 250 kg/m 3 st. Assim, na alimentação dos fornos os três primeiros carrinhos de lenha alimentados apresentam uma densidade volumétrica de 250 kg/m 3 st, seguindo-se a alimentação através de 5 carrinhos com densidade volumétrica de 211 kg/m 3 st. c) Quantidade de lenha consumida Foram consumidos durante a fornada 8 carrinhos de lenha com 8,15 m 3 cada um (dimensões de 3,9 x 1,9 x 1,1 m), totalizando 65,20 m 3 st em toda a fornada, kg/fornada. d) Tempo do ensaio O forno 1 operou com recuperação de calor e apresentou um ciclo de queima de 24 horas, tendo sido realizada a última alimentação de lenha dez minutos antes do abafamento do mesmo. Desse modo, a alimentação média de lenha se deu no ritmo de 613 kg/h. e) Umidade dos galhos e troncos de poda de cajueiro A média dos valores de umidade medidos em campo foi de 11% nos galhos e de 20% nos troncos. Para os três primeiros carrinhos, que apresentaram uma maior parcela de troncos, considerou-se uma média ponderada de 18%, e para os carrinhos seguintes, estimouse uma média de 15%. f) Massa total de madeira alimentada no forno O roteiro de cálculo a seguir demonstra o consumo de lenha empregada na queima do Forno 1 (massa de madeira por metro cúbico x quantidade de carrinhos x volume de madeira por carrinho). 250 kg/m 3 x 3 carrinhos x 8,15 m 3 /carrinho = 6.112,5 kg/fornada. 211 kg/m 3 x 5 carrinhos x 8,15 m 3 = 8.598,3 kg/fornada. Total: kg/fornada. 6 de 23

7 g) Poder calorífico inferior da lenha de poda de cajueiro Valor obtido em ensaio de poder calorífico em laboratório (Lacol INT): PCS (base úmida): kcal/kg. h) Energia da lenha alimentada no forno: kg x kcal/kg = kcal.(ver Anexo 1) i) Pesagem da carga introduzida no forno peças úmidas As pesagens realizadas apresentaram os seguintes valores médios das peças introduzidas no forno: Tijolos: 2,546; telhas: 1,150 kg; canaletas: 2,976 kg; lajotas: 2,246 kg. j) Pesagem da carga extraída do forno peças queimadas: valores: Foram pesadas cinco amostras de tijolo queimado (produto final) com os seguintes Tijolos: 2,299; telhas: 1,060 kg; canaletas: 2,723 kg; lajotas: 2,029 kg. k) Perda média de massa cerâmica e água na argila Tomando por base os valores das diferenças de massa entre as peças úmidas e queimadas, diferença avaliada em laboratório da empresa, chegou-se a um valor da ordem de 10%. Assim, com o dado de produção final (produtos queimados na fornada), fornecido pela empresa (74.413kg), calculou-se a massa na entrada no forno: kg. l) Perda de massa (água, matéria orgânica e outros) na queima da carga ( ) kg = kg. Obs: Em função do teor médio de umidade da argila medido na entrada do forno (8%), calculou-se a perda de água como sendo de kg. m) Perda percentual de massa cerâmica da carga na queima: ( ) kg x 100 = 2% ou kg. n) Massa de argila seca na entrada do forno 7 de 23

8 M arg = kg x 0,92 = kg. o) Calor útil demandado pela argila, não considerando a presença de água na massa Condições de processamento: Temperatura ambiente de 30 o C (T a ); Temperatura de queima: 845 o C (T m ); Calor específico da argila: 0,26 kcal/kg o C (C arg )- valor obtido na literatura; Calor de reação da argila (L r ): 25 kcal/kg, também obtido na literatura técnica; Calor latente de vaporização da água, à pressão atmosférica: 539 kcal/kg (L v ) Massa de argila sem umidade (M arg1 ): kg; Massa de argila queimada (M arg2 ): kg; Calor específico do vapor d água à pressão atmosférica: 0,48 kcal/kg o C (C v ); Calor específico da água: 1,00 kcal/kg o C (C a ); Assim, calcula-se o calor útil necessário para a queima da argila processada no forno da seguinte forma: Calor útil = M arg1 x C arg x (Δ T) = x 0,26 x (845 30) = kcal p) Eficiência térmica do forno durante o ensaio, considerando a massa da argila sem umidade Calor total do processo = calor da lenha + calor de reação + calor de recuperação Calor da lenha = kg x kcal/kg = kcal (ver Anexo 1) Calor de reação = kg x 25 = kcal (ver Anexo 1) Calor de recuperação do forno 2 para forno 1 foi obtido considerando-se o valor médio de duas possibilidades: 1- Volume de gases transferidos através do ventilador com vazão de m³/h e temperatura dos gases de 230º C, durante 20 horas de operação obteve-se cerca de kcal. 2- Quantidade de lenha consumida a mais pelo forno 2 durante toda a operação de queima foi de kg/lenha, assim, com 20 horas de período de transferência, teremos cerca de kg/lenha com PCS de kcal/kg obtendo-se cerca de kcal. 8 de 23

9 Assim, o valor considerado para transferência foi de aproximadamente kcal, obtendo-se: Calor total = = kcal Ef. térmica = Calor útil/calor total = ( kcal / kcal) x 100 = 22,6 %; Consumo energético específico considerando o produto queimado: kcal/ kg = 959 kcal/kg Obs: Considerando as perdas de produto na fornada (580 telhas quebradas com 1,1 kg/peça, totalizando 638 kg de produto perdido ou 0,86% da produção do forno), a eficiência térmica pouco será alterada por este fato. No entanto, se for considerada a ocorrência de produtos de segunda qualidade ( telhas com peso unitário de 1,1 kg, significaria kg de perda ou 43,8% de perda), teríamos um valor de eficiência térmica menor. Todavia, a parcela de produção de segunda qualidade também é comercializada. Portanto, se tem valor comercial, não é perda. Assim, por este critério de cálculo considera-se que o forno tem, de fato, eficiência térmica de 22,6%. Pode-se, neste caso, também considerar um índice de desempenho do forno baseado no faturamento permitido pela soma das parcelas distintas de produto, conforme o nível de qualidade e de faturamento comercial, mas tal aspecto não foi abordado neste trabalho em função da variabilidade do preço e dos tipos de produto processados pela empresa a cada fornada de seus equipamentos Forno 2 a) Condições operacionais do forno 2: Tipo: Abóbada ou redondo Capacidade nominal: 100 t/fornada Dimensões: diâmetro de 7,8 m, com altura variável de 2,1 a 3,0 m. Produtos obtidos na fornada: Telha 1 a Telha 2 a Telha Lajota Canaleta Telha Tijolo sextavada 20x30 quebrada 19x19 Produção (peças) Peso por peça (kg) 1,10 1,10 1,45 2,03 2,72 1,1 Produção queimada: kg 9 de 23

10 Período de queima de cada fornada: 40 horas Tipo de combustível: lenha de poda de cajueiro Quantidade de lenha alimentada durante a fornada: 10,5 carrinhos de lenha Umidade da argila na entrada: 8% Umidade da lenha na entrada: 12% b) Pesagem da madeira de poda de cajueiro utilizada como combustível Foi adotado um procedimento idêntico ao do item 1.1., obtendo-se os mesmos valores: 250 kg/m 3 para os três primeiros carrinhos de lenha alimentados e 211 kg/m 3 para os 7,5 carrinhos seguintes. c) Quantidade de lenha consumida Foram consumidos durante a fornada 10,5 carrinhos de lenha com 8,15 m 3 cada um (dimensões de 3,9 x 1,9 x 1,1 m), totalizando 85,58 m 3 st em toda a fornada ou kg. d) Tempo do ensaio O forno 2 operou apresentou um ciclo de queima de 40 horas, tendo sido realizada a última alimentação de lenha dez minutos antes do abafamento do forno. Desse modo, a alimentação média de lenha foi no ritmo de 475,3 kg/h. O forno 2 não recebeu calor recuperado. e) Umidade dos galhos e troncos de poda de cajueiro alimentados no forno (medição em campo) Média dos valores de umidade medidos em campo: galhos - 11%; troncos 20%; para os três primeiros carrinhos, que apresentaram uma maior parcela de troncos, considerou-se uma média ponderada de 18% e para os carrinhos seguintes, estimou-se uma média de 15%. f) Massa total de madeira alimentada no forno: 250 kg/m 3 x 3 carrinhos x 8,15 m 3 /carrinho = 6.112,5 kg/fornada. 211 kg/m 3 x 7,5 carrinhos x 8,15 m 3 = ,4 kg/fornada. Total: kg/fornada. g) Poder calorífico inferior do combustível utilizado (lenha de poda de cajueiro) Valor obtido em ensaio de poder calorífico em laboratório (Lacol INT): PCS (base úmida): kcal/kg. 10 de 23

11 h) Energia da lenha alimentada no forno kg x kcal/kg = kcal. i) Pesagem da carga introduzida no forno peças úmidas As pesagens realizadas apresentaram os seguintes valores médios das peças introduzidas no forno: Tijolos: 2,546; telhas: 1,150 kg; canaletas: 2,976 kg; lajotas: 2,246 kg. j) Pesagem da carga extraída do forno peças queimadas Foram pesadas cinco amostras de tijolo queimado (produto final) com os seguintes valores em quilos: Tijolos: 2,299; telhas: 1,060 kg; canaletas: 2,723 kg; lajotas: 2,029 kg. k) Perda média de massa cerâmica e água na argila Tomando por base os valores das diferenças de massa entre as peças úmidas e queimadas, diferença avaliada em laboratório da empresa, chegou-se a um valor da ordem de 10%. Assim, com o dado de produção final (produtos queimados na fornada), fornecido pela empresa ( kg), calculou-se a massa na entrada no forno: kg. l) Perda de massa (água, matéria orgânica e outros) na queima da carga ( ) kg = kg. Obs: Em função do teor médio de umidade da argila medido na entrada do forno (8%), calculou-se a perda de água como sendo de kg. m) Perda percentual de massa cerâmica da carga na queima ( ) kg = 2% ou kg. n) Massa de argila sem umidade na entrada do forno M arg = kg x 0,92 = kg. o) Calor útil demandado pela argila, não considerando a presença de água na massa Condições de processamento: 11 de 23

12 Temperatura ambiente de 30 o C (T a ); Temperatura de queima: 780 o C (T m ); Calor específico da argila: 0,26 kcal/kg o C (C arg )- valor obtido na literatura; Calor de reação da argila (L r ): 25 kcal/kg, também obtido na literatura técnica; Calor latente de vaporização da água, à pressão atmosférica: 539 kcal/kg (L v ) Massa de argila sem umidade (M arg1 ): kg; Massa de argila queimada (M arg2 ): kg; Calor específico do vapor d água à pressão atmosférica: 0,48 kcal/kg o C (C v ); Calor específico da água: 1,00 kcal/kg o C (C a ); Assim, calcula-se o calor útil necessário para a queima da argila processada no forno da seguinte forma: Calor útil = x 0,26 x (780 30) = kcal p) Eficiência térmica do forno durante o ensaio, considerando a massa da argila sem umidade Calor total do processo = Calor da lenha + calor de reação Calor da lenha = kg x kcal/kg = kcal (ver Anexo 2) Calor de reação = kg x 25 = kcal (ver Anexo 2) Calor total = = kcal Ef. térmica = Calor útil/calor total = ( kcal / kcal) x 100 = 20,0 %; Consumo energético específico considerando o produto queimado: kcal/ kg = 993 kcal/kg Obs: Considerando as perdas de produto na fornada (560 telhas quebradas com 1,1 kg/peça, totalizando 616 kg de produto perdido ou 0,75% da produção do forno), a eficiência térmica do forno pouco será alterada por este fato. No entanto, se for considerada a ocorrência de produtos de segunda qualidade ( telhas com peso unitário de 1,1 kg, significaria kg de perda ou 40,3% de perda), teríamos um valor de eficiência térmica menor. Todavia, a parcela de produção considerada pela empresa como sendo de segunda qualidade também foi 12 de 23

13 tida como produto plenamente sinterizado (como também é comercial). Assim, neste caso, pode-se considerar um índice de desempenho do forno baseado na produção total do forno para fins de análise ou balanço térmico Sistema formado pelos fornos 1 e 2 Esta avaliação do sistema composto dos fornos 1 e 2 objetiva estabelecer o ganho energético que se tem quando em comparação de uma operação em regime com um único forno sem aproveitamento de gases quentes de combustão. Os valores a serem considerados para o sistema composto pelos fornos 1 e 2 são os seguintes: Massa total de argila úmida na entrada: ( ) kg = kg; (ver Anexo 3) Massa total de argila queimada: ( ) kg = kg; (ver Anexo 3) Quantidade total de lenha: ( ) kg = kg, (ver Anexo 3) Calor total da lenha: kcal; (ver Anexo 3) Calor total de reação: kcal; (ver Anexo 3) Calor total do sistema: Calor útil total considerando a argila úmida: = kcal. Eficiência térmica do sistema: / x 100 = 22,5% Consumo energético específico com argila queimada: 923 kcal/kg Comparação de desempenho térmico entre o sistema e o forno 2 Esta análise busca retratar a comparação do sistema completo composto pelos fornos 1 e 2, onde há recuperação de calor, com um forno isolado, onde não existe a injeção de calor aproveitada de um forno vizinho. Rendimento térmico do sistema: 22,5%; Rendimento térmico do forno 2: 20,0%; Ganho de rendimento térmico: ((22,5 20,0)/22,5) x 100 = 11,1 %. Consumo energético específico (argila queimada - sistema): 923 kcal/kg. Consumo energético específico (argila queimada - forno 2): 993 kcal/kg. Redução de consumo energético: ( )/993 x 100 = 7,1 %. 13 de 23

14 4. CONCLUSÃO GERAL As perdas de calor detectadas nos balanços de energia dos fornos abóbada indicaram valores da ordem de 70 a 80%, conforme a consideração das necessidades de calor para evaporação da água presente na massa cerâmica, valor calculado entre 8,5% e 9,9%, umidade da lenha, formas de carregamento dos fornos, em função de tipos diferentes de produtos processados e até mesmo diante da operação distinta conforme o foguista do forno. Nesta análise foram consideradas três situações: forno 1, forno 2 e o conjunto dos dois fornos, de modo a ponderar o efeito da recuperação de calor do forno 2 transferido para o forno 1, destacando que este processo permite reduzir o tempo do ciclo de queima do forno 1, adiantando o pré-aquecimento da carga, além de reduzir o custo energético do processo de queima no forno 1 e do sistema considerando a operação conjunta dos dois fornos, conforme mostram os índices obtidos no item 3.4. As condições de operação dos fornos durante o levantamento foram propícias para um bom desempenho térmico em função da temperatura ambiente, próxima de 30 0 C, e da baixa umidade relativa do ar. Além disso, com a elevada incidência solar dos dias anteriores, a lenha e a massa de argila processada estavam em condições de baixa umidade, o que também favoreceu a operação dos fornos. É preciso notar também que as variações na qualidade e formulação da argila, como o teor de fundentes, podem influir muito no desempenho dos fornos, com impacto direto na temperatura máxima de queima. O esforço de avaliação do desempenho dos fornos tipo abóbada, com e sem recuperação de calor, através do método do calor útil foi seguido pela avaliação complementar pelo método das perdas, que permitiu a identificação dos pontos de perda mais críticos, além de um apuro melhor na quantificação das parcelas de calor empregado no forno, visando a introdução de medidas para a melhoria de desempenho térmico (ver quadros de Balanço de Massa e Energia nos Anexos 1, 2 e 3). Além disso, se poderá ter a partir de agora melhores referências de comparação de desempenho térmico dos fornos tipo abóboda com os do tipo caieira e caipira, empregados na região do Seridó. Em termos gerais, a partir dos dados obtidos no ensaio, foi observado que o forno abóboda apresenta boas possibilidades de difusão no setor de cerâmica vermelha da região do Seridó em função da possibilidade de processamento de combustíveis como a serragem, além de uma maior garantia de peças de primeira qualidade e da menor ocorrência de perdas, fato que não ocorre com os fornos tipo caieira e caipira, dominantes na região. 14 de 23

15 Portanto, conforme demonstrado acima, pode-se afirmar que um sistema composto por dois fornos operando em seqüência com o aproveitamento de calor proveniente da queima do forno 2 direcionado para a carga do forno 1 proporciona uma economia de 7,1% do consumo energético e 11,1% de ganho de rendimento térmico. Além disso, o sistema associando os dois fornos proporciona uma redução do tempo total de operação para a queima de toda a massa produzida nos dois fornos, pois a duração total dos dois ciclos perfaz um tempo de 64 horas em contrapartida com um tempo de 40 horas para cada forno operando de forma independente, levando a um ganho expressivo de produtividade, através de uma diminuição de 20% no tempo de produção do sistema. 15 de 23

16 ANEXO 1 - Balanço de massa e energia - Forno 1 BALANÇO DE MASSA E ENERGIA FORNO 1 COM RECUPERAÇÃO PRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL % ENTRADAS RECUPERAÇÃO DE CALOR DO FORNO ,20 TOTAL DE LENHA COM UMIDADE ,1 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA ,7 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA ,0 SAÍDAS TIJOLO CRÚ ,26 ÁGUA CONTIDA NOS TIJOLOS (8%) , ,8 TIJOLO SECO , ,7 TIJOLO QUEIMADO TELHA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) , ,4 TELHA SECA , ,1 TELHA QUEIMADA LAJOTA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) , ,6 LAJOTA SECA , ,4 LAJOTA QUEIMADA TELHA SEXTAVADA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) , ,9 TELHA SECA , ,3 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA ÁGUA NA LENHA , ,1 AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) EXCESSO DE AR (121%) , ,2 GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ , ,0 ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) , ,0 RADIAÇÃO, CONVECÇÃO ,7 CALOR DE SAÍDA PERDAS NA ESTRUTURA E OUTRAS ,7 CALOR TOTAL DE SAÍDA ,0 16 de 23

17 ANEXO 2 - Balanço de massa e energia - Forno 2 BALANÇO DE MASSA E ENERGIA - FORNO 2 PRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL % ENTRADAS TOTAL DE LENHA COM UMIDADE ,4 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA ,6 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA ,0 SAÍDAS CANALETA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS CANALETAS (8%) , ,5 CANALETA SECA , ,6 CANALETA QUEIMADA TELHA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) , ,2 TELHA SECA , ,9 TELHA QUEIMADA LAJOTA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) , ,7 LAJOTA SECA , ,6 LAJOTA QUEIMADA TELHA SEXTAVADA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) , ,8 TELHA SEXTAVADA SECA , ,0 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA ÁGUA NA LENHA , ,4 AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) EXCESSO DE AR (121%) , ,8 GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ , ,6 ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) ,0 RADIAÇÃO, CONVECÇÃO ,6 CALOR DE SAÍDA PERDAS NA ESTRUTURA E OUTRAS ,3 CALOR TOTAL DE SAÍDA ,0 17 de 23

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19 Anexo 3 Balanço de energia do sistema composto pelos fornos 1 e 2 BALANÇO DE MASSA E ENERGIA - SISTEMA PRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL % ENTRADAS TOTAL DE LENHA COM UMIDADE ,2 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA ,8 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA ,0 SAÍDAS TIJOLO CRÚ ,26 ÁGUA CONTIDA NOS TIJOLOS (8%) , ,4 TIJOLO SECO , ,3 TIJOLO QUEIMADO TELHA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) , ,7 TELHA SECA , ,4 TELHA QUEIMADA ,26 LAJOTA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) , ,7 LAJOTA SECA , ,6 LAJOTA QUEIMADA TELHA SEXTAVADA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) , ,9 TELHA SEXTAVADA SECA , ,3 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA ,26 CANALETA CRUA ,26 ÁGUA CONTIDA NAS CANALETAS (8%) , ,4 CANALETA SECA , ,9 CANALETA QUEIMADA ÁGUA NA LENHA , ,5 AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) EXCESSO DE AR (121%) , ,4 GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ , ,3 ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) ,7 RADIAÇÃO, CONVECÇÃO ,3 CALOR DE SAÍDA PERDAS NA ESTRUTURA E OUTRAS ,3 CALOR TOTAL DE SAÍDA ,0 19 de 23

20 PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL Anexo 4 Fornos redondos de chama reversível Foto 1 vista fornalha Foto 2 vista do forno Foto 3 vista interior do forno 20 de 23

21 PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LADRILLERAS ARTESANALES DE AMERICA LATINA PARA MITIGAR EL Foto 4 carrinho de lenha 21 de 23

22 Anexo 5 Curvas de temperatura dos fornos Forno TETO PISO /8 04:48 19/8 09:36 19/8 14:24 19/8 19:12 20/8 00:00 20/8 04:48 20/8 09:36 20/8 14:24 No forno 1 com recuperação de calor do forno 2 foram instalados dois termopares para monitoramento das temperaturas da queima, um instalado no interior do teto e outro instalado no piso interior do forno. A curva azul registrada no gráfico com o termopar instalado no interior do teto do forno mostra o inicio da queima com a temperatura de aproximadamente de 300 C, resultado do aquecimento com calor de recuperação do forno 2, pelo tempo de aproximadamente 20 horas antes da queima. Iniciada a queima se observa um aumento quase vertical até atingir num período de apenas 4 horas aproximadamente 700 C e a partir desse ponto permanece oscilando entre 800 C e 900 C devido a turbulência e mudança de direção do fluxo dos gases nesse ponto e com troca de calor dos gases de combustão com a carga na parte superior do forno ate completar o período de queima de 24 horas programado. A temperatura registrada com um termopar instalado no piso, no interior do forno, curva vermelha registrada no gráfico inicia=se a partir de 100 C, permanecendo nesse patamar por aproximadamente 5 horas, para logo, aumentar com uma gradiente de aproximadamente de 45 C/h, ate atingir a máxima temperatura de 680 C,resultado de os gases de combustão descendo da parte superior do forno trocando calor com a carga de maneira continua e uniforme,antes da saída para a chaminé. 22 de 23

23 Forno TETO PISO /8 14:24 17/8 19:12 18/8 00:00 18/8 04:48 18/8 09:36 18/8 14:24 18/8 19:12 19/8 00:00 19/8 04:48 19/8 09:36 19/8 14:24 No forno 2 similarmente, a curva azul registrada no gráfico corresponde à temperatura do termopar instalado no interior do teto do forno e mostra o inicio da queima com a temperatura de aproximadamente de 100ºC que vai aumentando de forma totalmente aleatória ate atingir aproximadamente 900 C, num período de 15 horas e a partir desse ponto permanece oscilando em torno de 900ºC numa forma irregular devido a turbulência e mudança de direção do fluxo dos gases nesse ponto e com troca calor dos gases de combustão com a carga na parte superior do forno ate completar o período de queima de 40 horas programado. A curva vermelha registrada no gráfico com um termopar instalado no piso, no interior do forno,se inicia a partir de 30ºC, aumentando lentamente ate atingir 100ºC num período de 14 horas para logo, aumentar a temperatura gradativamente ate atingir a máxima temperatura de 780ºC,com os gases de combustão descendo da parte superior do forno e trocando calor com a carga de maneira continua e uniforme,antes da saída para a chaminé. Anexo 6 Equipamentos empregados Fluke Hydra Series II modelo 2625A Termômetro digital, sensor tipo K Salvterm k Medidor de Umidade Texto Analisador modelo Texto 400 com sonda anemômetro de alta temperatura 23 de 23