Análise Numérica Comparativa de Combustíveis

C3H8. CO2. N2. %. 0,9200. 0,0600. 0,0200. 0,0031. 0,0137. Tabela 5. Propriedades dos combustíveis. Combustível. Serragem 0% de umidade. Gás Natural.

Análise Numérica Comparativa de Combustíveis Utilizados em Fornos Túneis Alessandro Pedro Dadam*, Vicente de Paulo Nicolau, Tales Gottlieb Jahn, Rafael Fernando Hartke LabCet, Depto. de Eng. Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina CEP 88040-900, Florianópolis, SC, Brasil *e-mail: [email protected] Resumo: Este trabalho trata de um estudo numérico comparativo entre três combustíveis, os mais utilizados pelas indústrias cerâmicas que utilizam forno túnel em suas linhas de produção. As simulações apresentam resultados interessantes, indicando as principais diferenças entre os combustíveis, e evidenciando a influência de cada um na temperatura da carga no interior do forno. Ainda outras características como a variação do excesso de ar, da umidade presente no combustível e temperatura do ar de combustão, foram analisadas. Palavras-chave: forno túnel, gás natural, óleo BPF, serragem, conversão, cerâmica vermelha, simulação

numérica

1. Introdução A utilização de combustíveis alternativos em fornos túneis, principalmente na indústria de cerâmica vermelha, é uma constante, principalmente por tratar-se de produtos de baixo valor agregado. É este fato que influencia a escolha dos combustíveis utilizados nos fornos fazendo com que a redução do custo influa muitas vezes na sobrevivência da própria empresa. Atualmente a biomassa, na forma de resíduo de madeira, como a serragem, é o combustível mais utilizado nestes fornos. Entretanto, algumas indústrias ainda utilizam lenha, e outras o óleo combustível, o GLP e algumas o gás natural. Ainda que alguns produtos suportem o custo da utilização de combustíveis mais nobres como o gás natural e o óleo, sempre há dúvidas de ordem técnica, questionando se este irá substituir o anterior de forma eficiente e econômica, justificando o investimento em um novo sistema de queima. Também há muitas dúvidas no setor industrial acerca da capacidade de irradiação das chamas geradas em cada caso, fazendo crer que os mais radiantes são bem mais eficientes, sem levar em conta a quantidade de energia gerada. Desta forma este trabalho traz um estudo numérico teórico comparativo do comportamento térmico de um forno túnel operando com três combustíveis distintamente. Os combustíveis estudados são: gás natural, óleo BPF A1 e biomassa na forma de serragem. Este estudo foi realizado com o auxílio de uma ferramenta numérica que simula um forno túnel2. Criada em linguagem Fortran, esta ferramenta é baseada em balanços térmicos, utilizando a técnica de volumes finitos3, para a discretização dos elementos do forno. Para a obtenção dos resultados pode-se variar todos os parâmetros do forno como isolamento das paredes, fluxo de massa da carga, dimensões do forno e seus componentes, injeções de ar e retiradas de gases, entre outros parâmetros. Com os dados do forno e um determinado volume de combustível, ou mesmo uma mistura de dois combustíveis, obtém-se a curva de queima desejada. As características do forno foram mantidas constantes durante todas as simulações para facilidade de comparação e encontram-se na Tabela 1. Foi escolhido um forno relativamente pequeno, de 63,3 metros de comprimento com uma seção útil de carga de 0,68 por 0,85 metros, enquanto a produção ficou estabelecida em 0,19 kg/s (0,68 ton/hora), de produtos queimados, para uma temperatura máxima dos gases no interior do forno ao redor de 1.100 °C, utilizando a serragem como combustível e um excesso de ar de combustão de 1,5. 40

As variações encontradas nas curvas a seguir ocorrem em função das alterações das condições de combustão como: variação do excesso de ar, tipo de combustível, quantidade de combustível, umidade presente no combustível e temperatura do ar de combustão2.

2. Combustíveis A escolha dos combustíveis se deu pelo histórico e grau de utilização na indústria cerâmica. A biomassa por ser o combustível mais utilizado e contar ainda com uma reserva significativa em certas regiões do país; o óleo que teve na década de 70 um incentivo muito grande de seu consumo, e o gás nat