AVALIAÇÃO TÉRMICA DE UM FORNO PARA QUEIMA DE CORPOS CERÂMICOS
Souza Jr. Caubi Ferreira(1) – Av. Sen. Salgado Filho 1559, Tirol, 59015-000, Natal-RN caubi@cefetrn.br.
Souza, Luiz Guilherme Meira(2) - Mendes, José Ubiragi de Lima(2) –Salomão Sávio
Batista(1) , Reginaldo Dias dos Santos(2)
(1) Centro Federal de Educação Tecnologia do RN; (2) Departamento de Engenharia Mecânica – UFRN
RESUMO
A queima de produtos cerâmicos tipo telha e tijolo estrutural são realizados utilizando fornos que apresentam grande dissipação térmica através das suas paredes, o que induz uma diminuição na eficiência térmica do forno. Esse fato gera diversos fatores, tais como aumento do consumo de energia para atingir a temperatura de 900ºC, desconforto térmico nos trabalhadores responsáveis pelo forno, aumento no consumo de combustível para o forno, aumento no custo do produto acabado. No entanto, essa perda de energia é benéfica ao processo de produção dos produtos cerâmicos no momento em que os produtos estão esfriando. Portanto, o presente trabalho tem o objetivo de fazer o monitoramento das temperaturas nas paredes do forno nas partes externa e interna durante o processo de aquecimento e resfriamento dos produtos cerâmicos e avaliar o comportamento térmico do forno durante todo o processo de produção, levando em consideração todas as formas de transferência de calor.
Palavras chaves: Temperatura, cerâmica vermelha, transferência de calor
A produção de produtos cerâmicos tipo tijolo e telha são queimados, na maioria das vezes, utilizando fornos cuja fonte térmica é a lenha. Nessas cerâmicas utilizam os fornos na configuração abóbada, garrafão e Hoffman. Nesses fornos apresentam uma perda de calor através das suas paredes. Essas perdas são
minimizadas fazendo uso de diversos procedimentos como o aumento da espessura da parede do forno. No entanto esse procedimento não apresenta uma eficácia satisfatória para conter a transferência de calor da parte interna para a parte externa.
Vale salientar que essa transferência de calor da parte interna e necessária quando a fonte térmica está desligada, ou seja, quando os produtos já se encontram sinterizados ou queimados. Isso é necessário para que os produtos sejam resfriados e após certa temperatura possam retirar os produtos para serem encaminhados ao setor de comercialização dos mesmos. Porem quando os produtos estão sendo queimados à perda de calor através das paredes não é benéfico para o processo, pois irá ser necessário utilização de mais combustível (lenha) para manter a temperatura de queima do forno. A quantidade de lenha utilizada por milheiro de produto é de 2,2 a 3,2 m3 de lenha (ABREU 2000). Em uma
fornada é consumido em torno de 42,6 m3 de lenha. O custo direto aproximado, por
fornada, em um forno intermitente para 8.000 tijolos de 190 mm x 190 mm x 90 mm é em média de R$ 200,00. Caso essa perda de calor seja diminuída ocasionará um menor consumo de combustível e uma redução no custo da produção.
O processo de produção das peças de cerâmica vermelha pode ser dividido em diversas etapas; sendo uma das principais, a fase de queima do produto, onde determinadas características e propriedades são adquiridas, tais como: maior resistência mecânica, aumento da densidade, redução de poros e da capacidade de absorção de água, coloração desejada, etc. Essa etapa também é a principal responsável pelo custo dos artefatos, pois o grande volume dos fornos requer quantidades consideráveis de combustíveis para elevar e manter as temperaturas necessárias ao cozimento das peças. Neste trabalho, como estudo preliminar, foram monitorados os principais pontos de perdas de calor através das superfícies inferiores e superiores de um forno modelo abóbada, na etapa de queima, de uma indústria cerâmica do município de Parelhas, RN.
O forno analisado é do tipo abóbada com capacidade de queimar aproximadamente 8 mil peças em uma fornada. A figura 1 mostra o forno analisado. O seu funcionamento não é contínuo, ou seja, é necessário o consumo de energia para aquecimento da estrutura Isso caracteriza que o mesmo possui ciclo intermitente com a queima ocorrendo em um ciclo com aquecimento, queima e resfriamento, onde participam a carga e todos os elementos constituintes do forno. MATERIAIS E MÉTODOS
Para avaliar o comportamento térmico do forno durante o processo de aquecimento do material cerâmico foram medidas as temperaturas nas paredes externas e internas. Além da temperatura outros parâmetros foram mensurados, tais como, a umidade relativa do ar, a velocidade de vento na parte externa e a emissividade da parede.
Figura 1 - Forno tipo abóbada
As medidas foram realizadas durante o processo de queima dos produtos. As medidas registradas foram coletadas no período transiente e no período de regime permanente. Considera-se O regime permanente quando é atingida a temperatura de 900ºC. As medidas dos parâmetros externos do forno foram realizadas a cada 30 minutos. A temperatura interna monitorada através de termopares tipo K. Com as
Superfície inferior
Superfície superior
informações coletadas calcularam-se os fluxos de calor e avaliou-se o balanço energético.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com os resultados foram calculadas as perdas térmicas do forno. A tabela I mostra esses valores.
Tabela 1 – Valores das perdas de energias do forno
Tipo de perda e local Quantidade de energia perdida (W)
PERDA DE CALOR CONVECTIVA NA PARTE INFERIOR CILINDRICA DO FORNO
1.727
PERDA DE CALOR RADIATIVA NA PARTE INFERIOR CILÍNDRICA DO FORNO
4.559,2
PERDA DE CALOR TOTAL NA PARTE INFERIOR CILÍNDRICA DO FORNO
6.286,2
PERDA DE CALOR CONVECTIVA NA PARTE SUPERIOR ESFÉRICA DO FORNO (CÚPULA)
5.062,5
PERDA DE CALOR RADIATIVA NA PARTE SUPERIOR ESFÉRICA DO FORNO
19.304,6
PERDA DE CALOR TOTAL NA PARTE SUPERIOR ESFÉRICA DO FORNO
24.367,1
PERDA DE CALOR TOTAL DO FORNO (envolvendo toda a área superficial, cilíndrica + esférica)
30.653,3
A área superficial da base cilíndrica e a cúpula esférica do forno são de 69,08
m2 22,5 m2 respectivamente. Observa-se que as razão entre as áreas é
aproximadamente igual a 3. Porém a perda de calor na cúpula é quatro vezes superior que na base cilíndrica. O motivo desta diferença de perda de calor entre as
superfícies, esta associada à temperatura da cúpula esférica ser três vezes maior (120 ºC) que a da superfície cilíndrica (40 ºC).
A perda de calor por radiação em ambas as superfícies, é superior a perda de calor por convecção.
A diferença entre as temperaturas superficiais externas da cúpula (120ºC) e da parede cilíndrica (40ºC) é devido aos valores da espessura das paredes. A parede cilíndrica possui uma espessura de 1 m, enquanto a espessura da parede da cúpula é de apenas 0,3 m. Outra diferença entre as duas paredes que influencia diretamente nos valores das temperaturas é o fato do tipo de material utilizado nessas paredes. Na parede cilíndrica é construída com tijolos comum, enquanto na parede da cúpula esférica é feito de tijolo refratário o que explica a retenção do calor.
CONCLUSÕES
Este trabalho apresentou as possiveis perdas térmicas que ocorrem em um forno tipo aboboda que trabalha em regime intermitente. Com a analise dos resultados pode-se afirmar que:
1- A temperatura superficial tem uma influência marcante na perda de calor;
2 – Há uma maior perda de calor por radiação na qual está associado ao fato da temperatura superficial ser maior e está elevada a quarta potência.
3 – Constatou-se que um aumento na espessura da parede da cúpula ou um revestimento externo refratário na mesma, minimizaria a perda de calor nesta superfície tanto por convecção como por radiação.
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THERMAL EVALUATION OF A FURNACE FOR IT BURNS OF CERAMIC SAMPLE
ABSTRACT
It burns of products ceramic type roofs and structural brick is accomplished using furnace that presents great thermal dissipation through their walls, what induces a decrease in the thermal efficiency of the furnace. That fact generates several factors, such as increase of the consumption of energy to reach the temperature of 900ºC, thermal discomfort in the responsible workers for the furnace, increase in the consumption of fuel for the furnace, increase in the cost of the finished product. However, that loss of energy is beneficial to the process of production of the ceramic products when the products are cooling. Therefore, the present work has the objective of doing the measure of the temperatures in the walls of the oven in the parts expresses and it interns during the heating process and cool of the ceramic products and to evaluate the thermal behavior of the furnace during whole the production process, taking into account all the forms of transfer of heat.
