Redução de Custos Através do Uso Racional do Gás … · = volume do gás medido na tubulação (m. 3) T ... Absorção de água: ... O consumo térmico da Via Úmida é cerca

Helton J. Alves

Fábio G. Melchiades

Anselmo O. Boschi

Laboratório de Revestimentos Cerâmicos - LaRC

Redução de Custos Através

do Uso Racional do Gás Natural

Setembro / 2010

Universidade Federal de São Carlos – UFSCar

INTRODUÇÃO

ENERGIA (TÉRMICA E ELÉTRICA)

ESMALTESaté 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

RACIONALIZAÇÃO

• GESTÃO

• NOVOS EQUIPAMENTOS

• 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 AQUALIDADE E PRODUTIVIDADE?

• COMO ESPECIFICAR?• GASTO X INVESTIMENTO?• ACREDITAR NO VENDEDOR?• COMO COMPROVAR PROMETIDO?

0 204 427 649 871 1093

Inte

nsid

ade

das

reaç

ões

Evaporação da águaOxidação

Destilaçãode materiais

voláteis

Deshidrataçãoou decomposição

Vitrificação

°C

AÇÃO DO CALOR SOBRE AS MATÉRIAS-PRIMAS

INTRODUÇÃO

FONTE DE ENERGIA TÉRMICA

GÁS NATURAL

CH4 - METANO

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + CALOR

INTRODUÇÃO

GÁS X LÍQUIDO X SÓLIDO

GÁS NÃO TEM VOLUME DEFINIDO!

Equação dos gases ideaisPV = 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 (m3)

CONSUMO DE ENERGIA TÉRMICA

NO SETOR BRASILEIRO DE

REVESTIMENTOS CERÂMICOS

OBJETIVOS

Qual o consumo térmico médio envolvido na fabricação derevestimentos cerâmicos no Brasil (Via Seca e Via Úmida)?

Existem diferenças expressivas entre o consumo térmico defábricas que produzem produtos semelhantes?

Quais as diferenças de consumo existentes entre as diversastipologias de produtos?

Como o consumo térmico dos fornos, secadores eatomizadores se altera de acordo com as condições de operaçãoe características construtivas?

As diferenças entre o consumo térmico da Via Seca e Via Úmidase devem somente à etapa de atomização?

METODOLOGIA

Dividida em 3 partes:

1ª Parte

Planejamento

- Número de indústriasenvolvidas

- Contato com asempresas

10 indústrias localizadas emSanta Catarina e São Paulo

20% da produção nacional em m2

35% da produção nacional em kgde pó atomizado

Explanação do projeto

Proposta de divulgar osdados comparativos

Agendamento das visitas

METODOLOGIA

2ª Parte

Trabalho de Campo

- Visitas às fábricas

- Medições de consumo

Conhecimento das instalações

Levantamento de dados sobreo processo e os produtos

Adequação dos medidores para arealização de medidas

P

V

T

Medições de consumo degás natural (3 medidas diárias)

Monitoramento (30 dias)

3ª Parte

Tratamento dos Dados

- Correções dos valoresmedidos

- Formação de um bancode dados

- Análise comparativados resultados

Normalização do volume de GN(pressão e temperatura)

Organização dos resultados

Análise estatística

METODOLOGIA

1013)15,273(15,273

0medidaatm PP

TVV +

⋅+

⋅=

V0 = volume do gás normalizado (Nm3) – CNTPV = volume do gás medido na tubulação (m3)T = temperatura do gás medida na tubulação (K) Patm = pressão atmosférica (mbar)Pmedida = pressão do gás medida na tubulação (mbar)

TRATAMENTO DOS DADOS

Conversão dos valores medidos para

kcal / kg

x x

y y

Espessuras diferentes

z w

> kg/m2< kg/m2

METODOLOGIA

TRATAMENTO DOS DADOS

Assim:

m3 (volume corrig.)m2 (produtividade)

kcal / m3 (PCI)x = kcal / m2

kcal / m2 (m2 / kg queimado) = x kcal / kg queimado

METODOLOGIA

RESULTADOS

Rota de Processamento Empresa Consumo específico

(kcal/kg)

Seca

A 644,9B 613,8C 578,4D 677,6E 608,6

Úmida

F 901,5G 1047,0H 1140,0I 1190,0J 1065,2

x

x

CONSUMO TÉRMICO MÉDIO DAS EMPRESAS

28 fornos + 21 secadores + 11 atomizadores

BIIb

43 x 43 cm

Espessura de ~7,0 mm

naplic S

naplic U

Sacmi S

Sacmi U

Siti S

Siti U

Icon U

0 100 200 300 400

Consumo térmico específico

A Úmida

B Úmida

B Seca

C Úmida

D Úmida

99

SECADORES - FABRICANTE

148109

185

kcal/kg queim.

D Seca

C Seca

223106

135104

149 177

140132

136 348 naplic S

naplic U

Sacmi S

Sacmi U

Siti S

Siti U

Carfer

200 300 400 500 600 700 800


E Úmida

B Úmida

B Seca

C Úmida

D Úmida

476

FORNOS - FABRICANTE

605475

700

kcal/kg queim.

D Seca

C Seca

508454

594484

409 430

560519

410 504

RESULTADOS

Icon

Sacmi

Imecal

100 200 300 400 500 600


C

ATOMIZADORES - FABRICANTE

kcal/kg pó atomizado

E

F 388 400

385336

294 500

SECADORES FORNOS

ATOMIZADORES

CONSUMO ESPECÍFICO - FABRICANTES

SG = Semi-GrêsPT = Porcelanato TécnicoPE = Porcelanato EsmaltadoMQV = Monoqueima VermelhaMQC = Monoqueima ClaraMP = Monoporosa

RESULTADOS

MP

MQB

MQV

PE

SG

200 400 600 800 1000 1200 1400

SG

MQC

1220939

1310922

1169959

kcal/kg queim.

PE

MQV

MP

515 856

Consumo Total - Tipologia

901 955

CONSUMO TOTAL - TIPOLOGIA

CONSUMO TÉRMICO POR TIPOLOGIA DE PRODUTO

MQV = via seca MQC = equipamentos de distintas gerações

RESULTADOSCONSUMO ESPECÍFICO – TIPOLOGIA DE PRODUTO

MQV = secadores com alto consumo e fornos com baixo consumo

MP = alto consumo térmico dos fornos

RESULTADOSCONSUMO ESPECÍFICO – TIPOLOGIA DE PRODUTO

Via Seca

a Úmida

0 100 200 300 400


99

SECADORES

348106

185

kcal/kg queim.

Via Úmida

Via Seca Via Seca

a Úmida

300 400 500 600 700

Consumo térmico específicoFORNOS

508409

700475

kcal/kg queim.

Via Úmida

Via Seca

RESULTADOS

SECADORES FORNOS

CONSUMO DOS SECADORES E FORNOS – VIA SECA X VIA ÚMIDA

Umidade para prensagem X Fusibilidade durante a queima

Vertical

orizontal

0 100 200 300 400


Horizontal

SECADORES - TIPOLOGIA

kcal/kg queim.

Vertical 135

99

104

348

RESULTADOS

onocanal

Bicanal

Tricanal

0 100 200 300 400


Bicanal

SECADORES - NO DE CANAIS

kcal/kg queim.

Monocanal

Tricanal 106 177

185 99

136 348

SECADORES – NO DE CANAIS

SECADORES – TIPOLOGIA

CONSUMO DOS SECADORES – TIPOLOGIA DE EQUIPAMENTO E NO DE CANAIS

400 450 500 550 600 650 700

40

80

120

160

200

240 Fornos

Fit linear R2 = 0,682

kcal/kg queim.

Com

prim

ento

(m)

RESULTADOS

COMPRIMENTO

R2 = 0,682

FORNOS

CONSUMO

X

VARIÁVEIS

400 450 500 550 600 650 700950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350 Forno


kcal/kg queim.

Tem

pera

tura

máx

ima

(o C)

TEMPERATURA MÁXIMA

R2 = 0,411

400 450 500 550 600 650 7000

20

40

60

80

100 fornos

Fit Gauss R2 = 0,316

kcal/kg queim.

Cicl

o (m

in)

CICLO TÉRMICO

R2 = 0,316

200 250 300 350 400 450 500 550 6000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000 Atomizadores


Capa

cida

de (L

H2O

eva

p. /h

)

kcal/kg pó atom.

RESULTADOS

200 250 300 350 400 450 500 550 6000

200

400

600

800

1000

1200 Atomizadores


Tem

pera

tura

(o C)

kcal/kg pó atom.

CAPACIDADE

R2 = 0,495

ATOMIZADORES

CONSUMO

X

VARIÁVEIS

TEMPERATURA

R2 = 0,344

Estudo do setor brasileiroVia Seca

(kcal/kg produto queimado*)Via Úmida

(kcal/kg produto queimado*)Intervalo Valor médio Intervalo Valor médio

Atomização - - 294 – 500 424 ± 78Secagem 106 – 348 182 ± 70 98 – 185 126 ± 24Queima 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: VIA SECA e VIA ÚMIDA

Secagem29%

Queima71%

Consumo Térmico - VIA SECA

Atomização39%

Secagem12%

Queima49%

Consumo Térmico - VIA ÚMIDA

RESULTADOS

Distribuição do consumo térmicoQueima

Secagem= 2,4

Queima

Secagem= 4,1

REDUÇÕES DE CUSTO A PARTIR DAS INFORMAÇÕES

1 m3 GN ~ R$ 1,00Custo do gás natural :

Poder calorífico inferior do GN: ~ 8570 Kcal /m3

Rota de Processamento Empresa Consumo específico

(kcal/kg)

Seca

A 644,9B 613,8C 578,4D 677,6E 608,6

BIIb

43 x 43 cm


Peso do produto: ~ 14 Kg/m2

Produção das empresas: ~ 2 milhões m2/mês

Consumo de GN - Empresa C ~ 1.890.000 m3/mês

Consumo de GN - Empresa D ~ 2.215.000 m3/mês R$ 325 mil/mês




Fornos Consumo específico (kcal/kg)

1 4542 4863 4774 508

BIIb

45 x 45 cm



Produção dos fornos: ~ 550 mil m2/mês

Consumo de GN – Forno 1 ~ 408.000 m3/mês

Consumo de GN – Forno 4 ~ 456.000 m3/mês R$ 48 mil/mês





Produção do forno: ~ 600 mil m2/mês

Consumo de GN – Antes ~ 437.000 m3/mês

Consumo de GN – Depois ~ 407.000 m3/mês R$ 30 mil/mês

Aproveitamento de calor?

Consumo específico (kcal/kg)

Antes 446Depois 415




Produção da empresa: ~ 2 milhões m2/mês

Consumo de GN – 7,5 mm ~ 2.164.000 m3/mês

Consumo de GN – 7,0 mm ~ 2.015.000 m3/mês R$ 149 mil/mês

Espessura(mm)

Peso(Kg/m2)


7,5 14,6 6357,0 13,6 635

Absorção de água: ~ 7,0%




Produção de pó atomizado: ~ 18.000 ton /mês

Consumo de GN – 1,66 g/cm3 ~ 893.000 m3/mês

Consumo de GN – 1,70 g/cm3 ~ 857.000 m3/mês R$ 36 mil/mês

Concentração de sólidos (%)

Densidade(g/cm3)


40,0 1,66 42542,5 1,70 408

2) Há uma margem significativa para a redução do consumotérmico (grande diferenças entre fábricas que produzem omesmo tipo de produto);

3) O consumo térmico da Via Úmida é cerca de 70% maior do queo da Via Seca, devido ao incremento da etapa de atomização etambém ao elevado consumo dos fornos.

Via Seca: fornos com menor consumo que a Via Úmida (fornos deúltima geração e argilas mais fundentes). Secadores com maiorconsumo

CONCLUSÕES

1) O uso do gás natural pode ser mais eficiente;

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 paraa redução do consumo de GN e dos gastos com energia.

CONCLUSÕES

AGRADECIMENTOS

Empresas do Setor de Revestimentos Cerâmicos

Parte dos resultados apresentados podem ser acessada em:

Documents

Redução de Custos Através do Uso Racional do Gás … · = volume do gás medido na tubulação (m. 3) T ... Absorção de água: ... O consumo térmico da Via Úmida é cerca