Laboratório de Revestimentos Cerâmicos - LaRC Universidade Federal de São Carlos UFSCar Redução de Custos Através do Uso Racional do Gás Natural Helton J. Alves Fábio G. Melchiades Anselmo O. Boschi Setembro / 2010
INTRODUÇÃO ENERGIA (TÉRMICA E ELÉTRICA) ESMALTES até 70% DO CUSTO
INTRODUÇÃO GÁS NATURAL = DESCASO!!!!!!!!!!!!!! FALTA DE MEDIDORES MEDIDORES NOS LUGARES ERRADOS MEDIDORES QUEBRADOS FALTA DE LEITURA SISTEMÁTICA O QUE FAZER COM AS MEDIDAS?
INTRODUÇÃO GESTÃO RACIONALIZAÇÃO POR QUE GASTAMOS O QUE GASTAMOS? É MESMO NECESSÁRIO? TEM ALGUM VILÃO? ESTÁ NA HORA DE TROCARMOS EQUIPAMENTOS? COMO ESTAMOS EM RELAÇÃO AOS OUTROS? PODEMOS REDUZIR SEM COMPROMETER A QUALIDADE E PRODUTIVIDADE? NOVOS EQUIPAMENTOS COMO ESPECIFICAR? GASTO X INVESTIMENTO? ACREDITAR NO VENDEDOR? COMO COMPROVAR PROMETIDO?
AÇÃO DO CALOR SOBRE AS MATÉRIAS-PRIMAS Intensidade das reações Evaporação da água Deshidratação ou decomposição Destilação de materiais voláteis Oxidação Vitrificação 0 204 427 649 871 1093 C
INTRODUÇÃO FONTE DE ENERGIA TÉRMICA GÁS NATURAL CH 4 - METANO CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + CALOR
INTRODUÇÃO GÁS X LÍQUIDO X SÓLIDO GÁS NÃO TEM VOLUME DEFINIDO! Equação dos gases ideais PV = n R T n = quantidade de moléculas (mols) R = contante dos gases (8.314472 J K 1 mol 1 ) P = pressão absoluta (pascal (Pa)) T = temperatura absoluta (kelvin (= C- 273)) V = volume (m 3 )
CONSUMO DE ENERGIA TÉRMICA NO SETOR BRASILEIRO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS
OBJETIVOS Qual o consumo térmico médio envolvido na fabricação de revestimentos cerâmicos no Brasil (Via Seca e Via Úmida)? Existem diferenças expressivas entre o consumo térmico de fábricas que produzem produtos semelhantes? Quais as diferenças de consumo existentes entre as diversas tipologias de produtos? Como o consumo térmico dos fornos, secadores e atomizadores se altera de acordo com as condições de operação e características construtivas? As diferenças entre o consumo térmico da Via Seca e Via Úmida se devem somente à etapa de atomização?
METODOLOGIA Dividida em 3 partes: 1 ª Parte Planejamento - Número de indústrias envolvidas - Contato com as empresas 10 indústrias localizadas em Santa Catarina e São Paulo 20% da produção nacional em m 2 35% da produção nacional em kg de pó atomizado Explanação do projeto Proposta de divulgar os dados comparativos Agendamento das visitas
METODOLOGIA 2ª Parte Trabalho de Campo - Visitas às fábricas - Medições de consumo Conhecimento das instalações Levantamento de dados sobre o processo e os produtos Adequação dos medidores para a realização de medidas Medições de consumo de gás natural (3 medidas diárias) Monitoramento (30 dias) T P V
METODOLOGIA 3ª Parte Tratamento dos Dados - Correções dos valores medidos Normalização do volume de GN (pressão e temperatura) Organização dos resultados Análise estatística - Formação de um banco de dados V 0 = V 273,15 (273,15 + T ) P atm + P medida 1013 - Análise comparativa dos resultados V 0 = volume do gás normalizado (Nm 3 ) CNTP V = volume do gás medido na tubulação (m 3 ) T = temperatura do gás medida na tubulação (K) P atm = pressão atmosférica (mbar) P medida = pressão do gás medida na tubulação (mbar)
METODOLOGIA TRATAMENTO DOS DADOS Conversão dos valores medidos para kcal / kg x x < kg/m 2 y > kg/m 2 y z w Espessuras diferentes
METODOLOGIA TRATAMENTO DOS DADOS Assim: m 3 (volume corrig.) m 2 (produtividade) x kcal / m 3 (PCI) = kcal / m 2 kcal / m 2 x (m 2 / kg queimado) = kcal / kg queimado
RESULTADOS CONSUMO TÉRMICO MÉDIO DAS EMPRESAS 28 fornos + 21 secadores + 11 atomizadores Rota de Processamento Empresa Consumo específico (kcal/kg) Seca A 644,9 B 613,8 C 578,4 D 677,6 x BIIb 43 x 43 cm Espessura de ~7,0 mm E 608,6 F 901,5 G 1047,0 Úmida H 1140,0 I 1190,0 x J 1065,2
RESULTADOS CONSUMO ESPECÍFICO - FABRICANTES SECADORES SECADORES - FABRICANTE Consumo térmico específico FORNOS FORNOS - FABRICANTE Consumo térmico específico Icon U A Úmida 99 185 Carfer E Úmida 476 700 Siti U B Úmida 109 148 Siti U B Úmida 475 605 Siti S B Seca 106 223 Siti S B Seca 454 508 Sacmi U C Úmida 104 135 Sacmi U C Úmida 484 594 Sacmi S C Seca 149 177 Sacmi S C Seca 409 430 naplic U D Úmida 132 140 naplic U D Úmida 519 560 naplic S D Seca 136 348 naplic S D Seca 410 504 0 100 200 300 400 kcal/kg queim. ATOMIZADORES ATOMIZADORES - FABRICANTE Consumo térmico específico 200 300 400 500 600 700 800 kcal/kg queim. Imecal F 388 400 Sacmi C 336 385 Icon E 294 500 100 200 300 400 500 600 kcal/kg pó atomizado
RESULTADOS CONSUMO TÉRMICO POR TIPOLOGIA DE PRODUTO CONSUMO TOTAL - TIPOLOGIA Consumo Total - Tipologia SG = Semi-Grês PT = Porcelanato Técnico PE = Porcelanato Esmaltado MQV = Monoqueima Vermelha MQC = Monoqueima Clara MP = Monoporosa SG PE MQV MQB MP SG PE MQV MQC MP 901 955 959 1169 515 856 922 1310 939 1220 200 400 600 800 1000 1200 1400 kcal/kg queim. MQV = via seca MQC = equipamentos de distintas gerações
RESULTADOS CONSUMO ESPECÍFICO TIPOLOGIA DE PRODUTO MQV = secadores com alto consumo e fornos com baixo consumo MP = alto consumo térmico dos fornos
RESULTADOS CONSUMO ESPECÍFICO TIPOLOGIA DE PRODUTO
RESULTADOS CONSUMO DOS SECADORES E FORNOS VIA SECA X VIA ÚMIDA SECADORES SECADORES Consumo térmico específico FORNOS FORNOS Consumo térmico específico a Úmida Via Úmida 99 185 a Úmida Via Úmida 475 700 Via Seca Via Seca 106 348 Via Seca Via Seca 409 508 0 100 200 300 400 kcal/kg queim. 300 400 500 600 700 kcal/kg queim. Umidade para prensagem X Fusibilidade durante a queima
RESULTADOS CONSUMO DOS SECADORES TIPOLOGIA DE EQUIPAMENTO E N O DE CANAIS SECADORES TIPOLOGIA SECADORES - TIPOLOGIA Consumo térmico específico orizontal 99 Horizontal 348 SECADORES N O DE CANAIS SECADORES - N O DE CANAIS Consumo térmico específico Vertical Vertical 104 135 Tricanal Tricanal 106 177 0 100 200 300 400 kcal/kg queim. Bicanal Bicanal 99 185 onocanal Monocanal 136 348 0 100 200 300 400 kcal/kg queim.
RESULTADOS Comprimento (m) 240 200 160 120 80 40 COMPRIMENTO Fornos Fit linear R2 = 0,682 R 2 = 0,682 400 450 500 550 600 650 700 kcal/kg queim. FORNOS CONSUMO X VARIÁVEIS Temperatura máxima ( o C) 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 TEMPERATURA MÁXIMA Forno Fit linear R2 = 0,411 400 450 500 550 600 650 700 kcal/kg queim. R 2 = 0,411 100 80 CICLO TÉRMICO fornos Fit Gauss R2 = 0,316 R 2 = 0,316 Ciclo (min) 60 40 20 0 400 450 500 550 600 650 700 kcal/kg queim.
RESULTADOS ATOMIZADORES Capacidade (L H2O evap. /h) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 CAPACIDADE Atomizadores Fit linear R2 = 0,495 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 kcal/kg pó atom. R 2 = 0,495 CONSUMO X VARIÁVEIS Temperatura ( o C) 1200 1000 800 600 400 200 TEMPERATURA Atomizadores Fit linear R2 = 0,344 R 2 = 0,344 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 kcal/kg pó atom.
RESULTADOS Distribuição do consumo térmico: VIA SECA e VIA ÚMIDA Via Seca (kcal/kg produto queimado*) Estudo do setor brasileiro Via Úmida (kcal/kg produto queimado*) Intervalo Valor médio Intervalo Valor médio Atomização - - 294 500 424 ± 78 Secagem 106 348 182 ± 70 98 185 126 ± 24 Queima 409 508 451 ± 38 475 700 536 ± 57 Total 515 856 634 ± 109 868 1385 1085 ± 160 * os valores foram obtidos com base no poder calorífico inferior (PCI) do gás natural.
RESULTADOS Distribuição do consumo térmico Consumo Térmico - VIA SECA Secagem 29% Queima Secagem = 2,4 Queima 71% Consumo Térmico - VIA ÚMIDA Queima Secagem = 4,1 Queima 49% Atomização 39% Secagem 12%
REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES Custo do gás natural : 1 m 3 GN ~ R$ 1,00 Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m 3 Peso do produto: ~ 14 Kg/m 2 Produção das empresas: ~ 2 milhões m 2 /mês Rota de Processamento Empresa Consumo específico (kcal/kg) Seca A 644,9 B 613,8 C 578,4 D 677,6 E 608,6 BIIb 43 x 43 cm Espessura de ~7,0 mm Consumo de GN - Empresa C ~ 1.890.000 m 3 /mês Consumo de GN - Empresa D ~ 2.215.000 m 3 /mês R$ 325 mil/mês
REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES Custo do gás natural : 1 m 3 GN ~ R$ 1,00 Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m 3 Peso do produto: ~ 14 Kg/m 2 Produção dos fornos: ~ 550 mil m 2 /mês Fornos Consumo específico (kcal/kg) 1 454 2 486 3 477 4 508 BIIb 45 x 45 cm Espessura de ~7,0 mm Consumo de GN Forno 1 ~ 408.000 m 3 /mês Consumo de GN Forno 4 ~ 456.000 m 3 /mês R$ 48 mil/mês
REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES Custo do gás natural : 1 m 3 GN ~ R$ 1,00 Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m 3 Peso do produto: ~ 14 Kg/m 2 Produção do forno: ~ 600 mil m 2 /mês Aproveitamento de calor? Consumo específico (kcal/kg) Antes 446 Depois 415 Consumo de GN Antes ~ 437.000 m 3 /mês Consumo de GN Depois ~ 407.000 m 3 /mês R$ 30 mil/mês
REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES Custo do gás natural : 1 m 3 GN ~ R$ 1,00 Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m 3 Absorção de água: ~ 7,0% Produção da empresa: ~ 2 milhões m 2 /mês Espessura (mm) Peso (Kg/m 2 ) Consumo específico (kcal/kg) 7,5 14,6 635 7,0 13,6 635 Consumo de GN 7,5 mm ~ 2.164.000 m 3 /mês Consumo de GN 7,0 mm ~ 2.015.000 m 3 /mês R$ 149 mil/mês
REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES Custo do gás natural : 1 m 3 GN ~ R$ 1,00 Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m 3 Produção de pó atomizado: ~ 18.000 ton /mês Concentração de sólidos (%) Densidade (g/cm 3 ) Consumo específico (kcal/kg) 40,0 1,66 425 42,5 1,70 408 Consumo de GN 1,66 g/cm 3 ~ 893.000 m 3 /mês Consumo de GN 1,70 g/cm 3 ~ 857.000 m 3 /mês R$ 36 mil/mês
CONCLUSÕES 1) O uso do gás natural pode ser mais eficiente; 2) Há uma margem significativa para a redução do consumo térmico (grande diferenças entre fábricas que produzem o mesmo tipo de produto); 3) O consumo térmico da Via Úmida é cerca de 70% maior do que o da Via Seca, devido ao incremento da etapa de atomização e também ao elevado consumo dos fornos. Via Seca: fornos com menor consumo que a Via Úmida (fornos de última geração e argilas mais fundentes). Secadores com maior consumo
CONCLUSÕES 4) O monitoramento do consumo energético contribui para: identificar gargalos energéticos dentro da fábrica; tomada de decisões estratégicas sobre futuros investimentos; primeiro passo para a realização de ações que contribuam para a redução do consumo de GN e dos gastos com energia.
AGRADECIMENTOS Empresas do Setor de Revestimentos Cerâmicos Parte dos resultados apresentados podem ser acessada em: