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EELA es un programa de COSUDE, ejecutado por Swisscontact y PRODUCE

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

AAVVAALLIIAAÇÇÃÃOO DDEE DDEESSEEMMPPEENNHHOO TTÉÉRRMMIICCOO DDEE FFOORRNNOO CCEERRÂÂMMIICCOO DDOO TTIIPPOO AABBÓÓBBAADDAA

EEMMPPRREESSAA:: CCEERRÂÂMMIICCAA TTAAVVAARREESS -- PPAARREELLHHAASS -- RRIIOO GGRRAANNDDEE DDOO NNOORRTTEE

RRiioo ddee JJaanneeiirroo -- BBrraassiill

SSeetteemmbbrroo -- 22001111

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

INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA - INT - Av. Venezuela, 82 - 20081-312 - Rio de Janeiro - RJ - Brasil -Tel.: (21) 2123-1256 Fax.: (21) 2123-1253 www.int.gov.br - [email protected]

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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



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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 2011.

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,



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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 (1a e 2a

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.



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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).

3.1. 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 1a Telha 2a Telha

sextavada Lajota 20x30

Canaleta Telha quebrada

Tijolo 19x19

Produção (peças)

18.265 29.671 5.250 2.350 - 580 3.800

Peso por peça (kg)

1,10 1,10 1,45 2,03 2,72 1,1 1,7

- Produção queimada: 74.491 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%



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(*) 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 m3

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 m3 estéreo. Na fase inicial de queima, predomina

a alimentação com lenha em troncos, portanto sem galhos, cujo valor foi estimado em 250

kg/m3 st. Assim, na alimentação dos fornos os três primeiros carrinhos de lenha alimentados

apresentam uma densidade volumétrica de 250 kg/m3 st, seguindo-se a alimentação através

de 5 carrinhos com densidade volumétrica de 211 kg/m3 st.

c) Quantidade de lenha consumida

Foram consumidos durante a fornada 8 carrinhos de lenha com 8,15 m3 cada um

(dimensões de 3,9 x 1,9 x 1,1 m), totalizando 65,20 m3 st em toda a fornada, 14.710

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, estimou-

se 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/m3 x 3 carrinhos x 8,15 m3/carrinho = 6.112,5 kg/fornada.

� 211 kg/m3 x 5 carrinhos x 8,15 m3 = 8.598,3 kg/fornada.

� Total: 14.710 kg/fornada.



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g) Poder calorífico inferior da lenha de poda de cajueiro

Valor obtido em ensaio de poder calorífico em laboratório (Lacol – INT):

PCS (base úmida): 4.184 kcal/kg.

h) Energia da lenha alimentada no forno:

14.710 kg x 4.184 kcal/kg = 61.546.640 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:

Foram pesadas cinco amostras de tijolo queimado (produto final) com os seguintes

valores:


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: 82.681 kg.

l) Perda de massa (água, matéria orgânica e outros) na queima da carga

� (82.681 – 74.413) kg = 8.268 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 6.614 kg.

m) Perda percentual de massa cerâmica da carga na queima:

� (8.268 – 6.614) kg x 100 = 2% ou 1.654 kg.

n) Massa de argila seca na entrada do forno



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� Marg = 82.681 kg x 0,92 = 76.067 kg.

o) Calor útil demandado pela argila, não considerando a presença de água na massa

Condições de processamento:

� Temperatura ambiente de 30oC (Ta);

� Temperatura de queima: 845oC (Tm);

� Calor específico da argila: 0,26 kcal/kgoC (Carg) - valor obtido na literatura;

� Calor de reação da argila (Lr): 25 kcal/kg, também obtido na literatura técnica;

� Calor latente de vaporização da água, à pressão atmosférica: 539 kcal/kg (Lv)

� Massa de argila sem umidade (Marg1): 76.067 kg;

� Massa de argila queimada (Marg2): 74.491 kg;

� Calor específico do vapor d’água à pressão atmosférica: 0,48 kcal/kgoC (Cv);

� Calor específico da água: 1,00 kcal/kgoC (Ca);

Assim, calcula-se o calor útil necessário para a queima da argila processada no forno da

seguinte forma:

Calor útil = Marg1 x Carg x (Δ T) = 76.067 x 0,26 x (845 – 30) = 16.118.597 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 = 14.710 kg x 4.184 kcal/kg = 61.546.640 kcal (ver Anexo 1)

� Calor de reação = 76.067 kg x 25 = 1.901.675 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 11.500 m³/h e

temperatura dos gases de 230º C, durante 20 horas de operação obteve-se cerca de

7.550.000 kcal.

2- Quantidade de lenha consumida a mais pelo forno 2 durante toda a operação de

queima foi de 4.300 kg/lenha, assim, com 20 horas de período de transferência,

teremos cerca de 2.000 kg/lenha com PCS de 4.184 kcal/kg obtendo-se cerca de

8.360.000 kcal.



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Assim, o valor considerado para transferência foi de aproximadamente 8.000.000 kcal,

obtendo-se:

� Calor total = 61.546.640 + 1.901.675 + 8.000.000 = 71.448.315 kcal

� Ef. térmica = Calor útil/Calor total = (16.118.597 kcal / 71.448.315 kcal) x 100 =

22,6 %;

� Consumo energético específico considerando o produto queimado:

71.448.315 kcal/74.491 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 (29.671 telhas com peso unitário de 1,1 kg, significaria 32.638 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.

3.2. 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 1a Telha 2a Telha sextavada

Lajota 20x30

Canaleta Telha quebrada

Tijolo 19x19

Produção (peças)

24.832 30079 5600 3188 2430 560 -

Peso por peça (kg)

1,10 1,10 1,45 2,03 2,72 1,1

Produção queimada: 82.219 kg



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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/m3 para os três primeiros carrinhos de lenha alimentados e 211 kg/m3 para os

7,5 carrinhos seguintes.

c) Quantidade de lenha consumida

Foram consumidos durante a fornada 10,5 carrinhos de lenha com 8,15 m3 cada um

(dimensões de 3,9 x 1,9 x 1,1 m), totalizando 85,58 m3 st em toda a fornada ou 19.010 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/m3 x 3 carrinhos x 8,15 m3/carrinho = 6.112,5 kg/fornada.

� 211 kg/m3 x 7,5 carrinhos x 8,15 m3 = 12.897,4 kg/fornada.

� Total: 19.010 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): 4.184 kcal/kg.



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h) Energia da lenha alimentada no forno

19.010 kg x 4.184 kcal/kg = 79.537.840 kcal.

i) Pesagem da carga introduzida no forno – peças úmidas

As pesagens realizadas apresentaram os seguintes valores médios das peças

introduzidas no forno:


j) Pesagem da carga extraída do forno – peças queimadas

Foram pesadas cinco amostras de tijolo queimado (produto final) com os seguintes

valores em quilos:


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 (82.219 kg), calculou-se a massa na entrada no forno: 91.234 kg.

l) Perda de massa (água, matéria orgânica e outros) na queima da carga

� (91.234 – 82.219) kg = 9.015 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 7.299 kg.

m) Perda percentual de massa cerâmica da carga na queima

� (9.015 – 7.299) kg = 2% ou 1.716 kg.

n) Massa de argila sem umidade na entrada do forno

� Marg = 91.234 kg x 0,92 = 83.935 kg.

o) Calor útil demandado pela argila, não considerando a presença de água na massa

Condições de processamento:



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� Temperatura ambiente de 30oC (Ta);

� Temperatura de queima: 780oC (Tm);

� Calor específico da argila: 0,26 kcal/kgoC (Carg) - valor obtido na literatura;

� Calor de reação da argila (Lr): 25 kcal/kg, também obtido na literatura técnica;

� Calor latente de vaporização da água, à pressão atmosférica: 539 kcal/kg (Lv)

� Massa de argila sem umidade (Marg1): 83.935 kg;

� Massa de argila queimada (Marg2): 82.219 kg;

� Calor específico do vapor d’água à pressão atmosférica: 0,48 kcal/kgoC (Cv);

� Calor específico da água: 1,00 kcal/kgoC (Ca);

Assim, calcula-se o calor útil necessário para a queima da argila processada no forno da

seguinte forma:

� Calor útil = 83.935 x 0,26 x (780 – 30) = 16.367.325 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 = 19.010 kg x 4.184 kcal/kg = 79.537.840 kcal (ver Anexo 2)

Calor de reação = 83.935 kg x 25 = 2.098.375 kcal (ver Anexo 2)

Calor total = 79.537.840 + 2.098.375 = 81.636.215 kcal

Ef. térmica = Calor útil/Calor total = (16.367.325 kcal / 81.636.215 kcal) x 100 = 20,0 %;

Consumo energético específico considerando o produto queimado:

81.636.215 kcal/82.219 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 (30.079 telhas com peso unitário de 1,1 kg, significaria 33.087

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



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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.

3.3. 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: (82.681 + 91.234) kg = 173.915 kg; (ver Anexo 3)

Massa total de argila queimada: (74.491 + 82.219) kg = 156.710 kg; (ver Anexo 3)

Quantidade total de lenha: (14.710 + 19.010) kg = 33.720 kg, (ver Anexo 3)

Calor total da lenha: 140.687.620 kcal; (ver Anexo 3)

Calor total de reação: 4.000.048 kcal; (ver Anexo 3)

Calor total do sistema: 144.687.668

Calor útil total considerando a argila úmida: 16.118.597 + 16.367.325= 32.485.922 kcal.

Eficiência térmica do sistema: 32.485.922/144.687.668 x 100 = 22,5%

Consumo energético específico com argila queimada: 923 kcal/kg.

3.4. 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: (993-923)/993 x 100 = 7,1 %.



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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 300C, 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.



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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.



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ANEXO 1 - Balanço de massa e energia - Forno 1

BALANÇO DE MASSA E ENERGIA FORNO 1 COM RECUPERAÇÃOPRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL %

ENTRADASRECUPERAÇÃO DE CALOR DO FORNO 2 8.000.000 11,20 TOTAL DE LENHA COM UMIDADE 14.710 4.184 61.546.640 86,1 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA 1.901.675 2,7 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA 71.448.315 100,0

SAÍDAS

TIJOLO CRÚ 9.728 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NOS TIJOLOS (8%) 778 30 0,48 604.692 0,8 TIJOLO SECO 8.950 30 0,26 1.896.454 2,7 TIJOLO QUEIMADO 8.740

TELHA CRUA 59.190 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) 4.735 30 0,48 4.577.007 6,4 TELHA SECA 54.454 30 0,26 11.538.879 16,1 TELHA QUEIMADA 53.368

LAJOTA CRUA 5.311 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) 425 30 0,48 410.689 0,6 LAJOTA SECA 4.886 30 0,26 1.035.369 1,4 LAJOTA QUEIMADA 4.771

TELHA SEXTAVADA CRUA 8.453 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) 676 30 0,48 653.615 0,9 TELHA SECA 7.776 30 0,26 1.647.798 2,3 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA 7.613

ÁGUA NA LENHA 2.300 30 1,00 2.223.180 3,1

AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) 69.211 30 EXCESSO DE AR (121%) 83.745 30 0,248 8.722.855 12,2

GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ. 75.551 30 0,248 7.869.346 11,0

ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) 8.282 30 1,00 6.434.904 9,0

RADIAÇÃO, CONVECÇÃO 3.331.440 4,7

CALOR DE SAÍDA 50.946.228

PERDAS NA ESTRUTURA E OUTRAS 20.502.087 28,7

CALOR TOTAL DE SAÍDA 71.448.315 100,0



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ANEXO 2 - Balanço de massa e energia - Forno 2

BALANÇO DE MASSA E ENERGIA - FORNO 2PRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL %

ENTRADASTOTAL DE LENHA COM UMIDADE 19.010 4.184 79.537.840 97,4 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA 2.098.375 2,6 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA 81.636.215 100,0

SAÍDAS

CANALETA CRUA 7.339 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS CANALETAS (8%) 587 30 0,48 447.713 0,5 CANALETA SECA 6.752 30 0,26 1.316.545 1,6 CANALETA QUEIMADA 6.610

TELHA CRUA 67.675 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) 5.414 30 0,48 5.064.227 6,2 TELHA SECA 62.261 30 0,26 12.140.827 14,9 TELHA QUEIMADA 61.018

LAJOTA CRUA 7.205 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) 576 30 0,48 539.156 0,7 LAJOTA SECA 6.628 30 0,26 1.292.555 1,6 LAJOTA QUEIMADA 6.472

TELHA SEXTAVADA CRUA 9.016 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) 721 30 0,48 674.685 0,8 TELHA SEXTAVADA SECA 8.295 30 0,26 1.617.470 2,0 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA 8.120

ÁGUA NA LENHA 2.985 30 1,00 2.791.767 3,4

AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) 89.442 EXCESSO DE AR (121%) 108.225 0,248 10.467.510 12,8

GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ. 97.635 0,248 9.443.292 11,6

ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) 10.703 8.161.826 10,0







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Anexo 3 – Balanço de energia do sistema composto pelos fornos 1 e 2

BALANÇO DE MASSA E ENERGIA - SISTEMAPRODUTOS MASSA(KG) TEMP. CALOR ESP. POD. CAL. CALOR TOTAL %

ENTRADASTOTAL DE LENHA COM UMIDADE 33.625 4.184 140.687.620 97,2 CALOR DA REAÇÃO DA ARGILA 4.000.048 2,8 TOTAL DE ENERGIA COM LENHA ÚMIDA 144.687.668 100,0

SAÍDAS

TIJOLO CRÚ 9.728 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NOS TIJOLOS (8%) 778 30 0,48 577.423 0,4 TIJOLO SECO 8.950 30 0,26 1.820.829 1,3 TIJOLO QUEIMADO 8.740

TELHA CRUA 126.864 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHAS (8%) 10.149 30 0,48 9.651.824 6,7 TELHA SECA 116.715 30 0,26 23.745.669 16,4 TELHA QUEIMADA 114.386 0,26

LAJOTA CRUA 12.516 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS LAJOTAS (8%) 1.001 30 0,48 952.208 0,7 LAJOTA SECA 11.515 30 0,26 2.342.647 1,6 LAJOTA QUEIMADA 11.242

TELHA SEXTAVADA CRUA 17.469 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS TELHA SEXTAVADA (8%) 1.397 30 0,48 1.329.003 0,9 TELHA SEXTAVADA SECA 16.071 30 0,26 3.269.649 2,3 TELHA SEXTAVADA QUEIMADA 15.733 30 0,26

CANALETA CRUA 7.339 30 0,26 ÁGUA CONTIDA NAS CANALETAS (8%) 587 30 0,48 558.321 0,4 CANALETA SECA 6.752 30 0,26 1.373.595 0,9 CANALETA QUEIMADA 6.610

ÁGUA NA LENHA 2.300 30 1,00 2.187.300 1,5

AR DE COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICO(4,705KG/KG) 158.206 EXCESSO DE AR (121%) 191.430 0,248 16.473.670 11,4

GASES DE COMBUSTÃO(5,136 KG/KG DE LENHA) ESTEQ. 172.699 0,248 14.861.765 10,3

ÁGUA NOS GASES DE COMBUSTÃO(0,563KG/KG DE LENHA) 18.931 14.046.014 9,7







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Anexo 4 – Fornos redondos de chama reversível

Foto 1 – vista fornalha Foto 2 – vista do forno

Foto 3 – vista interior do forno



21 de 23

Foto 4 – carrinho de lenha



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Anexo 5 – Curvas de temperatura dos fornos Forno 1

0

200

400

600

800

1000

1200

19/8

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

TETO

PISO

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.



23 de 23

Forno 2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

17

/8 1

4:2

4

17

/8 1

9:1

2

18

/8 0

0:0

0

18

/8 0

4:4

8

18

/8 0

9:3

6

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/8 1

4:2

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18

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9:1

2

19

/8 0

0:0

0

19

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4:4

8

19

/8 0

9:3

6

19

/8 1

4:2

4

TETO

PISO

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 1.200 k Medidor de Umidade Texto 606-2 Analisador modelo Texto 400 com sonda anemômetro de alta temperatura

relat rio de avalia o de forno ab boda · forno 2) e outro para o forno 2 (fornecendo o calor nele...

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