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WORKSHOP:GÁS NATURAL NA INDÚSTRIA

CERÂMICAProjeto de P&D da COMGAS voltado para indústria

Cerâmica.

USO DO GÁS NATURAL PARA A SECAGEM FORÇADA DE ARGILA PARA PLACAS CERÂMICAS NO PÓLO CERÂMICO DE

SANTA GERTRUDES E COGERAÇÃO

Laiete Soto Messias – FIGENER S.A.

José Francisco Marciano Mota - IPT

Hudson Barreto Brito - COMGAS

OBJETIVOS E METAS DO PROJETO

• Conhecer e estabelecer os limites técnicos da secagem, para que as argilasapresentem, no processo cerâmico, desempenho similar ou superior aos daargila seca ao sol;

• Análise e concepção do sistema térmico que busque viabilizareconomicamente a secagem forçada da argila conjugando a geração deenergia elétrica / mecânica e energia térmica por meio de um sistema decogeração; e,

• Propiciar um sistema de secagem que minimize o impacto ambiental naregião do Pólo de Santa Gertrudes.

PROCESSO NATURAL

DIESEL ENERGIA SOLAR

GÁS NATURAL

ENERGIA ELÉTRICA

SITUAÇÃO ATUAL

argila argila

INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS

PROCESSO NATURAL DE SECAGEM EM PÁTIOS ABERTOS

PROCESSAMENTO INDUSTRIAL

OPERAÇÕES Transporte

Armazenamento Desintegração/destorroamento

Secagem natural

OPERAÇÕES Moagem via seca

Prensagem Decoração

Secagem do produto Queima

argila argila

MINERAÇÃO, TRANSPORTE E PRÉ-SECAGEM DA ARGILAS EM PÁTEOS

PROCESSO ARTIFICIAL

GÁS NATURAL ENERGIA

ELÉTRICA GÁS NATURAL

ENERGIA ELÉTRICA

argila argila

SITUAÇÃO FUTURA

INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS

PROCESSO ARTIFICIAL DE SECAGEM EM

AMBIENTES FECHADOS PROCESSAMENTO

INDUSTRIAL

OPERAÇÕES Transporte

Armazenamento Desintegração/destorroamento

Secagem

OPERAÇÕES Moagem via seca

Prensagem Decoração

Secagem do produto Queima

argila

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA ARGILA NA SECAGEM

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Mó

du

lo d

e R

up

tura

à F

lexã

o (

MP

a)Strength value (MPa)

Clay A

• Conclusão: a temperatura do agente de secagem deve ser mantida abaixo de 250 oC

para preservar as características da argila.

0,00

0,50

1,00

1,50

0 100 200 300 400 500 600 700

Temperatura (oC)

Mó

du

lo d

e R

up

tura

à F

lexã

o (

MP

a)

Argila"A" Argila "B"Temperature (oC)

Strength value (

Clay B

CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM SECADOR TIPO CILINDRO ROTATIVO

CAIXÃO DE ALIMENTAÇÃO /

DOSAGEM

SECADOR

FILTRO

MANGAS

CHAMINÉGERADOR DE GASES

QUENTES

DESINTEGRADOR

GÁS

NATURAL

EXAUSTOR

VENTILADOR DE

AR DE DILUIÇÃO

'

'

' '

' ' '

SILOS DE ARGILA SECA

Queimador

Gerador de gases quentes

Cilindro rotativo

Alimentação de argila

Seção de medida

Exaustão de gases úmidos

GERADOR DE GASES

QUENTESGÁS

NATURAL

CHAMINÉ

CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE CAIXÃO DE

ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO / ALIMENTAÇÃO /

DOSAGEMDOSAGEMDOSAGEMDOSAGEM

DESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADORDESINTEGRADOR

ARGILA14 % umidade

FILTRO

MANGAS

EXAUSTOR

CONFIGURAÇÃO CONVENCIONAL COM GERADOR DE GASES QUENTES

VENTILADOR DE

AR DE DILUIÇÃO

SECADORES

'' '

'

' ' '


CONJUNTO GERADOR DE GASES QUENTESCapacidade térmica instalada: 7,63 MW

ARGILA4 % umidade

• Fabricante gerador: KEI-TEK

• Consumo máximo de gás natural: 698 Nm3/h

• Temperatura dos gases: 200 – 400 oC

COGERAÇÃO COM MOTOGERADORES

CHAMINÉ

AR DE DILUIÇÃO





ARGILA14 % umidade

FILTRO

MANGAS

EXAUSTOR

AR DE COMBUSTÃO

GÁS NATURAL

SECADORES

'' '

'

' ' '


CONJUNTOS MOTOGERADORESPot. instalada: 3 x 2 MWe

ARGILA4% umidade

FILTROS

• Fabricante Motor: CATERPILLAR G3520 SCAC (20 cil. em V; 1800 rpm, 86 l)

• Gerador elétrico: 2000 kWe:

• Consumo de gás natural: 552 Nm3/h (!00% carga); 408 Nm3/h (75 %); 286 Nm3/h (50 %)

COGERAÇÃO COM TURBOGERADOR

COMPRESSOR TURBINA

CÂMARA DE COMBUSTÃO

GERADOR

GÁS NATURAL

AR ATMOSFÉRICO

COMPRESSOR DE GÁS NATURAL

CHAMINÉ

AR DE DILUIÇÃO





ARGILA14 % umidade

FILTRO

MANGAS

EXAUSTOR

COMPRESSOR GERADOR

CONJUNTO TURBOGERADORPot. Instalada: 3,5 MWe

SECADORES

'' '

'

' ' '


ARGILA4 % umidade

• Fabricante da turbina: Solar Turbines/TURBOMACH;• Modelo: TBM C-40 (Centaur 40);• Potência no eixo: 3712 kW• Rotação: 14951 rpm;• Consumo de GN: 1153 Nm3/h (100 % carga);

ANÁLISE COMPARATIVA

COGERAÇÃO

GERADOR DE GASES QUENTES MOTOGERADOR TURBOGERADOR

TOTAL [kW] 5140 10495 7915

Disponibilidades de calor / trabalho

[kW} 5140 5140 5140 Calor (térmica)

[%] 100 49,0 64,9

[kW] zero 4078 2142 Trabalho (Elétrica) [%] zero 38,8 27,0

Calor / Trabalho --- 1,26 2,40

SECAGEM NATURAL

SECAGEM ARTIFICIAL

SOLUÇÃOCONVENCIONAL

SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO

MOTOGERADOR TURBOGERADOR

CONSUMO ESPECÍFICO [Nm3/m2 ] 1,00 1,19 1,37 1,28

POTÊNCIA TOTAL DESENVOLVIDA [kW] ---- 5396 10495 7915

ANÁLISE ECONÔMICA

POTÊNCIA TÉRMICA GERADA [kW] ---- 5140 5140 5140

POTÊNCIA ELÉTRICA GERADA [kW] ---- ----- 4078 2142

DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA CONTRATADA

[kW] 2842 3197 ---- 1054

ECONOMIA LÍQUIDA [R$/ano] ---- 623.775,00 6.481.385,00 2.219.445,00

INVESTIMENTO [R$] ---- 3.555.921,00 8.932.775,00 8.216.604,00

TAXA INTERNA DE RETORNIO [%] ---- 15,53 72,54 26,19

BASE DE CÁLCULO:

Produção: 1.650.000,00 m2/mês

Tarifas: gás natural = 0,737598 R$/Nm3 (normal); 0,679336 R$/Nm3 (cogeração); e. elétrica=9,26 R$/kW ; 0,22488 R$/kWh

IMPACTOS DA COGERAÇÃO NO PÓLO DE SANTA GERTRUDES EM DIFERENTES CENÁRIOS

CENÁRIO ATUAL

CENÁRIOS FUTUROS

SOLUÇÃOCONVENCIONAL

SOLUÇÕES COM COGERAÇÃO

MOTOGERADOR TURBOGERADOR

PRODUÇÃO ANUAL (2008) 106 m2 378 378 378 378

CONSUMO ESPECÍFICO [Nm3/m2 ] 1,00 1,19 1,37 1,28

CONSUMO DIÁRIO DE GN NO PÓLO [Nm3/dia] 1.035.616 1.233.589 1.420.640 1.325.984

DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA DA REDE

[MW] 54,25 61,03 -17,51 20,12REDE

GERAÇÃO NA UTE CARIOBA

A ÓLEO (*1)

Eficiência térmica [%] 21 21 21 21

Consumo de GN (*2) [Nm3/dia] 1.605.664 1.874.834 1.236.671 1.537.406

GERAÇÃO NA UTE CARIOBA(repotenciada a

GN)



GERAÇÃO NA UTE NOVA

PIRATININGA



(*1) Consumo equivalente energético óleo/GN;

(*2) Consumo global de gás natural para o Pólo (fabricação + geração de energia elétrica)

CONCLUSÕES

• É possível executar as operações de secagem da argila de modo artificial emsubstituição à prática de secagem natural em pátios. A temperatura do agente desecagem não deverá exceder a temperatura de 250 oC, sob pena de comprometera qualidade dos processos subseqüentes de conformação das placas cerâmicas;

• Todas as alternativas de sistemas de secagem propostas mostraram-se viáveis• Todas as alternativas de sistemas de secagem propostas mostraram-se viáveistécnica e economicamente, com vantagens para a configuração commotogeradores; e

• Num cenário de geração centralizada de energia elétrica em termoelétricas a gásnatural, a adoção de sistemas de cogeração para secagem de argila de modogeneralizado nas indústrias do pólo, pode resultar redução do consumo global deenergia.

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