Análise térmica de um forno túnel utilizado na indústria de cerâmica vermelha

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.Com a introdução do gás natural na matriz energética do sul do Brasil, o setor cerâmico passou a contar com mais uma alternativa para a solução de seus problemas energéticos, particularmente a Indústria de Cerâmica Vermelha, abundante no Estado de Santa Catarina. No entanto, a tecnologia existente para a utilização deste combustível mais nobre é praticamente toda importada, não estando ao alcance do setor. Desta maneira tem-se trabalhado no desenvolvimento e na adequação desta tecnologia, mais particularmente na área de fornos e secadores, visando desenvolver novas soluções e adaptar as existentes à realidade da indústria, na tentativa de viabilizar economicamente a utilização do gás natural. Partindo desta premissa, vêm-se desenvolvendo ferramentas que permitem simular o funcionamento de fornos e secadores, de forma a auxiliar no projeto de equipamentos mais eficientes e de menor custo. Assim, o trabalho desenvolve e aplica as ferramentas de simulação no auxílio ao projeto e à construção de fornos túneis. O forno estudado é um forno túnel, destinado à queima de produtos de cerâmica vermelha, que permite a utilização simultânea de dois combustíveis, o gás natural e a serragem. Ao baixo custo desta última, será associada à facilidade de regulagem e a qualidade da queima do gás natural. Os resultados das análises térmicas desenvolvidas neste trabalho foram utilizados no projeto e na construção do forno. Estes dados, gerados pelas simulações, abrangem os perfis de temperatura das paredes, gases e carga ao longo do forno e todo o balanço energético envolvido. Com o forno atualmente em funcionamento, alguns dados experimentais foram coletados para a comparação com os resultados numéricos, de forma a auxiliar na execução de ajustes na regulagem do forno e também avaliar o desempenho do próprio programa numérico. A comparação entre os resultados da simulação e os dados experimentais apresentou boa concordância, evidenciando a coerência do modelo adotado. Com este indicativo, outros resultados importantes foram alcançados como o estudo da economia de combustível através do aquecimento do ar de combustão e também da temperatura de entrada da carga no forno. Através do programa pode-se realizar um estudo do empacotamento da carga mostrando o equilíbrio entre a eficiência da troca térmica entre os gases e a carga e a recuperação de energia no resfriamento. Upon the introduction of natural gas in the southern Brazilian energy matrix, the ceramic sector began to count with another alternative to solve its energy problems, particularly the Red Ceramics Industry (clay product industry), very common in the state of Santa Catarina. However, the existing technology for use of natural gas is mostly imported, and not in reach of the sector. In this way, an effort has been devoted to the development and adequacy of these technologies, most particularly for kilns and dryers, aiming at the development of new solutions and adaptation of existing ones to the industry reality, as an attempt to reach an economic reliable use of natural gas. Part of this effort is in the development of simulation tools for the analysis of existing working kilns and dryers, and to assist in the design of more efficient equipment at lower cost. This work consists in the development and application of simulation tools, in the aid of design and construction of tunnel kilns. The tunnel kiln analyzed is destined to the burning of red ceramic products. It allows the simultaneous use of two fuels: natural gas and sawdust. To the low cost of this last one is associated the ease of regulation and the burning quality of the natural gas. The results of the thermal analysis developed in this work were used in the design and construction of the kiln. These results include the temperature profiles in the walls, gases and load along the kiln and all the involved energy balance. With the kiln currently working, some experimental data has been collected for comparison with the numeric results. They are used to assist in the execution of regulation adjustments in the kiln and also to evaluate the performance of the numerical program