Mestrado em Engenharia da Energia Associação Ampla UFSJ e CEFET-MG

110 Pages·2011·4.81 MB·Portuguese

Mestrado em
Engenharia da Energia
Associação Ampla UFSJ e CEFET-MG
Abril/2010
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNÓLOGICA DE MINAS GERAIS
Departamento de Engenharia Mecânica
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
Departamento de Ciências Térmicas e dos Fluidos
Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Energia

Gustavo Guimarães Nery

Estudo do desempenho térmico de
fornos catenários para queima de
cerâmica artesanal.

São João del Rei
2010
Gustavo Guimarães Nery

Estudo do desempenho térmico de
fornos catenários para queima de
cerâmica artesanal.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
graduação em Engenharia da Energia, Em
Associação Ampla entre o Centro Federal de
Educação Tecnológica de Minas Gerais e a
Universidade Federal de São João Del Rei, como
requisito parcial para a obtenção do título de Mestre
em Engenharia da Energia.

Orientador: Profº. Drº. José Antônio da Silva

São João del Rei
2010
Nery, Gustavo Guimarães
N453e Estudo do desempenho térmico de fornos catenários para queima de cerâmica artesanal
[manuscrito] / Gustavo Guimarães Nery . – 2010.
90f.

Orientador: José Antônio da Silva.

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de São João del Rei. Departamento
de Ciências Térmicas e dos Fluidos e Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas
Gerais. Departamento de Engenharia Mecânica.

Referências: f. 73-75.

1. Fornos – Teses 2. Simulação (Computador) - Teses 3. Energia – Fontes alternativas -
Teses 4. Eficiência energética – Teses I. Universidade Federal de São João del Rei.
Departamento de Psicologia II. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais.
Departamento de Engenharia Mecânica III. Título

CDU: 620.9
Gustavo Guimarães Nery
Dedicatória

Dedico este trabalho aos meus amados pais Humberto e Mônica, meus guias e exemplos
de integridade, sabedoria, dedicação e amor.
À minha avó Aurora (in memorian) pela sua orientação, apoio nos estudos e eterna
sabedoria.
Agradecimentos

Agradeço aos meus familiares por estarem sempre unidos comigo nessa caminhada,
em especial ao meu irmão Leandro, exemplo de esforço, competência e coragem.
À Nádia pelo companheirismo, compreensão e amor.
À Universidade Federal de São João Del Rei por proporcionar as condições
necessárias para a consecução deste estudo nas diversas etapas.
Aos professores do DCETEF, em especial ao Professor José Antônio da Silva pela sua
orientação, conhecimento transmitido, paciência, simplicidade, humildade, conselhos,
compreensão, ajuda e incentivo. Enfim, um grande exemplo de pessoa e profissional que
levarei para a vida.
Ao Grupo Gerdau pelo incentivo na busca de novos conhecimentos e desafios, em
especial ao Marlon Rosa de Gouvêa e Flávio Velasco Nascimento, por me concederem a
oportunidade trabalhar na Aciaria da Gerdau Açominas e pela compreensão e apoio ao longo
desses dois anos.
Ao Professor Francisco José Figueiredo e ao Técnico Evandro pelo apoio nos
experimentos.
Ao Professor Rogério C. de Godoy pelo auxílio na pesquisa bibliográfica e
conhecimento transmitido.
Ao meu amigo Carlos Henrique Lauro pela ajuda nos experimentos e simulações.
Aos colegas de mestrado Ivan, Guilherme e Celi pelo apoio e amizade.
Aos companheiros e amigos de usina pelos conselhos, amizade e apoio.
Aos amigos da República DaNação pela força e hospitalidade.
“Fortiter in re, suaviter in modo”
Claudio Acquaviva
Resumo

O processo da queima de peças cerâmicas, em fornos artesanais, exerce grande
influência na qualidade final do produto. Muitos são os estudos que buscam as melhores
práticas de queima, entretanto poucos focam na eficiência energética desses tipos de fornos.
Além de focar-se no processo de queima este trabalho volta-se, principalmente, para o estudo
da eficiência energética de dois tipos de fornos catenários a lenha. Através de experimentos
busca-se por em prática as teorias estudadas e através delas analisar a influência das diversas
configurações de queima no processo de combustão e no perfil térmico do forno. Numa etapa
complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica da queima, usando técnicas
de CFD (“Computational Fluid Dynamics”), através do software ANSYS CFX. Os resultados
experimentais permitiram entender a influência da geometria do forno, da intensidade e tipo
de tiragem, do tipo de lenha, atmosfera do forno, entre outros no comportamento térmico e
dinâmico do processo. As simulações, embora realizadas em regime permanente e com um
combustível gasoso (butano), conseguiram retratar com fidelidade algum dos comportamentos
observados no experimento. Com os resultados obtidos nos experimentos de consumo médio
horário de combustível e volume útil dos dois fornos chegou-se ao modelo de forno com
maior eficiência energética.

Palavra chave: Fornos catenários, lenha, simulações computacionais, eficiência energética.
Abstract

The process of the firing of ceramic parts, in artisan kilns, exerts great influence in the
final quality of the product. Many are the studies that search the best firing practices, however
few focus in the energetic efficiency of these types of kilns. Beyond this work focus in the
firing process, it is turned toward to the study of the energy efficiency of two types of
catenary firewood kilns. Through experiments for in practical the studied theories and through
them to analyze the influence of the diverse configurations of burning in the process of
combustion and the thermal profile of the kiln. In a complementary stage one became a
proposal initial of numerical simulation of the burning, using CFD (Computational Fluid
Dynamics) techniques, through software ANSYS CFX. The experimental results had allowed
to understand the influence of the geometry of the kiln, of the intensity and type of drawing,
of the type of firewood, atmosphere of the kiln, among others in the thermal and
hydrodynamic behavior of the process. The simulations, even so carried through in permanent
regimen and with a gaseous fuel (butane), had obtained to portray with allegiance some of the
behaviors observed in the experiment. With the results gotten in the experiments of hourly
average consumption of fuel and useful volume of the two kilns it was arrived the model of
kiln with bigger energy efficiency.

Key word: Catenary kiln, firewood, numerical simulation, energy efficiency.