4.3. Descrição dos equipamentos que mais utilizam energia térmica ou elétrica

A seguir serão descritas as principais características dos equipamentos que mais utilizam energia térmica ou elétrica no processo de produção das ICRVU: fornos, atomizadores, prensas, secadores e moinhos.

Fornos

A queima realizada no forno dos produtos cerâmicos é uma das etapas mais importantes do processo de fabricação, já que dela depende grande parte das características do produto cerâmico: resistência mecânica, estabilidade dimensional, resistência ao fogo, etc (Spaintiles, 2002).

Algumas empresas antes de enviar o material esmaltado, diretamente ao forno, realizam uma etapa de secagem. Tal procedimento tem como finalidade reduzir o conteúdo de umidade das peças até um nível suficientemente baixo para que a etapa de queima se desenvolva adequadamente.

A queima rápida para este produto é realizada atualmente por fornos a rolos. Nesses fornos as peças se movem sobre os rolos e o calor necessário para sua queima é fornecido por queimadores de gás natural ou gás liquefeito de petróleo (GLP), situados nas paredes do forno.

Ver transformações realizadas no suporte cerâmico, já esmaltado, durante sua queima no forno, na Tabela. 11.

Os mecanismos principais de transmissão de calor presentes durante este processo são por convecção e radiação. Nesses fornos os gases entram em contato direto com o produto, melhorando os coeficientes de transporte de calor, diminuindo a duração do ciclo de queima, reduzindo o consumo energético. (Spaintiles, 2002).

Na Espanha, atualmente, todos os processos de monoqueima se efetuam com fornos a rolo (IPEAE, 1983:57). As mudanças de fornos túneis e de fornos a rolo com placas refratárias por forno monoestrato se realizam paulatinamente, pois as vantagens que apresentam este último são consideráveis e podem se resumir nos seguintes itens:
· Consumo energético: o Forno túnel: Superior a 1.500 kcal/kg o Forno a rolo com placas refratárias: superior a 1.000kcal/kg o Forno monoestrato: inferior aos 700 kcal/kg
· Ausência de placas refratárias, vagonetas ou carrinhos e outros.

No Brasil, em uma das fábricas visitadas, pode se comparar as diferenças do consumo energético entre os fornos monoestrato e túnel. Os técnicos informaram que os fornos monoestrato (um forno a rolo de um canal apenas) são os mais usados atualmente, e o seu consumo energético estava entre 450 e 600 kcal/kg de produto. Essa empresa ainda tem um forno túnel em uma de suas filiais que usa o processo de biqueima. Este tipo de forno era utilizado para a primeira queima e consumia de 1000 a 1100kcal/kg de produto.

Das 14 empresas que, de alguma forma enviaram os dados ou aceitaram receber a visita da pesquisadora responsável por este trabalho, somente uma usava gás natural desde 1990, outras o implantaram a posteriori, sendo que a maioria ainda continua usando GLP, por não ter acesso ao

G.N.

Esta dificuldade de acesso ao G.N., por parte dos empresários brasileiros, pode ter várias origens como, por exemplo:
· não existir linha de gasodutos que corte a região em que a empresa está situada;
· ser muito oneroso para o empresário adaptar a fabrica para a troca do combustível;
· ter o preço do gás natural vinculado ao dólar, tornando um risco tal investimento.

Além disso, se o empresário continuar utilizando-se do GLP, para a etapa da queima, seu produto final não sofrerá perda de qualidade. Isso o leva a poder escolher entre trocar ou não de combustível. Tal decisão poderá passar muito mais por uma negociação econômica com as distribuidoras de GN, do que pela parte técnica, principalmente, porque o sistema de cogeração, processo em que o GN seria obrigatório, praticamente não é utilizado pela maioria das empresas brasileiras de cerâmica.

Segundo Enrique et al. (1996), a economia de energia nas instalações de queima, pode vir da otimização da produção. Como:

• utilizar composições físico-químicas da massa que evitem apresentar defeito; • aumentar a produção que poderá acontecer através de diversas formas como: redução do ciclo de queima; mudança do formato por outro similar que otimize a superfície do forno; mudança da forma de introduzir as peças no forno; • reduzir a espessura das peças; • melhorar o rendimento energético de um forno, atuando sobre as variáveis do processo, isto é, habitualmente o controle industrial das variáveis de queima é reduzir a curva de temperatura e o valor da pressão estática na zona de máxima temperatura. Atualmente tem se estudado outros tipos de controle, como por exemplo: controlar a pressão interna do forno na zona de queima, com um sistema capaz de mantê-la nos valores estabelecidos, atuando sobre a válvula do ventilador central.

No Brasil, não foi possível conseguir o balanço energético do forno, porque nenhumas das empresas contatadas o tinha disponível para que se pudesse fazer uma análise mais profunda.

Porém, pode-se afirmar que qualquer curva de queima inclui as seguintes etapas: 1) pré-queima: zona em que se elimina a possível umidade residual das peças procedentes do processo de esmaltação; 2) queima: nessa etapa se produzem as principais alterações físico-químicas; 3) esfriamento: esse período se inicia quando finaliza o aporte de calor. (Navarro, et al, 2001)

Atomizadores

O processo de secagem por atomização acontece somente no processo de produção de cerâmica via úmida. O seu funcionamento já foi detalhado na descrição do processo via úmida.

Um dos principais custos deste processo é o do consumo de energia e melhor seria aproveitar o calor dos gases de escape de turbinas de cogeração, como fazem a ICRVU espanhola. No Brasil, algumas empresas, no Sul do país, usam o carvão mineral para aquecer a fornalha, outras usam o gás pobre para produzir o calor necessário para o funcionamento das mesmas. O atomizador é composto de um gerador de ar quente que produz calor a 960oC. Tal gerador transfere para o atomizador gases a uma temperatura de 560oC que serão utilizados para secar a barbotina. O pó atomizado que é o produto final gerado pelo atomizador, será utilizado para construir a base da cerâmica, também conhecida como suporte.

Prensa

O processo de prensagem vem logo depois do pó atomizado ter sido armazenado em silos.

A prensa tem como principal função formar a bolacha cerâmica ou base da cerâmica. Pode se considerar também que é o equipamento para formatar a base em tamanho e espessura desejada, para que se inicie o processo de secagem, esmaltação e outros que darão o acabamento final à peça.

Secadores

A operação básica dos secadores consiste em expor um sólido úmido à ação de uma corrente de ar quente e seco, com a finalidade de eliminar o líquido por evaporação superficial.

Este processo tem por finalidade reduzir a umidade contida nas peças para que a operação de esmaltação se desenvolva adequadamente. Em algumas ocasiões pode haver uma secagem adicional, depois da peça esmaltada e antes de ser encaminhada para o forno, com a finalidade de reduzir a umidade da peça, facilitando a etapa da queima.

Os secadores podem ser de dois tipos: verticais e horizontais. No primeiro a temperatura costuma ser inferior a 200ºC e os ciclos de secagem de 35 a 50 minutos, no segundo a temperatura fica ao redor de 350ºC, e os ciclos de secagem são menores, entre 15 e 25 minutos.

(Navarro et al, 2001)

Moinhos

O único equipamento que consome muita energia, não térmica, é o moinho. Este utiliza energia motriz (motores elétricos) para fazer girar o moinho com a matéria-prima natural.

Os moinhos de bolas são os normalmente usados nas indústrias de cerâmica para revestimento via úmida. Nesse equipamento é misturada a matéria prima, através de um processo onde pedras, juntamente com água caem sobre esta, formando um liquido chamado barbotina.

Esse processo é o inicio do processo de produção via úmida.