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FORNOS INDUSTRIAIS Introdução Um forno é uma construção ou aparelho que se pode fechar e conservar calor em altas temperaturas, para “cozer” o barro ou o vidro ou para a transformação de minérios ou metais em altos- fornos de industria de manufatura. Há relatos de que em 181 a.c os povos que se sedentarizavam começavam a construir fornos diante das necessidades. No começo usavam argila retirada do fundo dos rios para isolar lateralmente o fogo para que não se apagasse. O alimento era precariamente posto entre a lenha para assar por não saberem como suspender o mesmo. Com o tempo foram aprendendo a esculpir e manipular pedras usadas nos fornos que se modernizavam. Fornos são equipamentos responsáveis pela combustão de matérias primas em unidades de refinação de petróleo, em unidade petroquímica, em siderúrgicas e etc. Fornos Em metalurgia podem ser empregados, entre outros, fornos de arco, em que se aproveita o calor produzido pela passagem de uma corrente elétrica entre dois eletrodos; fornos de indução, em que se induzem fortes campos eletromagnéticos e fornos de cúpula ou integrados por uma câmara aquecida externamente, cujas paredes transmitem ao conteúdo energia térmica por meio de radiação. Fornos Os fornos empregados em metalurgia e siderurgia dividem-se em três categorias: Aqueles em que o material tratado está em contato direto com o combustivel; Aqueles em que esse contato é indireto; Aqueles em que são os produtos da combustão que entram em contato com a carga. Neste último grupo enquadra-se o forno de reverberação, um dos modelos mais utilizados, em que o calor se transmite pela queima do combustível num espaço situado entre a carga e o teto baixo. Esse tipo de forno aplica-se muito à fundição de metais. Fornos: Carro, Poço, Câmara Forno Solar Composição Um forno é composto por: câmara inferior, (câmara de radiação); região superior (zona de convecção); chaminé; sistema de combustíveis. Câmara ou zona de radiação: Onde as paredes internas do forno se aquecem e transmitem calor por radiação. Composição Zona ou seção de convecção, onde ocorre transmissão do calor por convecção. Serpentinas – Transporta os produtos a serem aquecidos. Chaminé : Facilita a remoção dos gases de combustão Composição Independentemente de como a transmissão de calor se realize (por esta ou aquela via), os fornos se classificam segundo a função que desempenham. Dada a enorme diferença de potência térmica entre os grandes fornos empregados nas transformações metalúrgicas (altos-fornos) e os pequenos fornos domésticos, são determinantes as distinções entre suas especificações térmicas. Auto forno 1. Fornalha 2. Zona de derretimento 3. Zona de redução de óxido ferroso 4. Zona de redução de óxido férrico 5. Zona de pré-aquecimento (garganta) 6. Alimentação de minério, pedra calcária e coque siderúrgico 7. Escapamento de gases 8. Coluna de minério, coque e pedra calcária 9. Remoção de escória 10. Ferro-gusa 11. Chaminé para escoamento dos gases liberados Funcionamento Nos fornos de aquecimento não ocorre decomposição ou reação do produto ao passar pelo equipamento. São utilizados nas unidades de destilação atmosférica e destilação a vácuo das refinarias. Tipos Há uma grande variedade de projetos e aplicações de fornos, que são classificados da seguinte forma: Fornos de conversão parcial Projetados com superfície de aquecimento que permita alcançar determinada temperatura, de forma que as reações ocorram em pequenas proporções Fornos de conversão total O projeto considera a ocorrência da reação no próprio forno, isto é, o forno opera como reator. Quanto ao tipo Convectivo Radiante Radiante- convectiva Quanto à posição dos tubos da serpentina Principal classificação dos fornos tubulares, baseia-se na posição dos tubos, dando origem a fornos verticais ou horizontais. •Verticais Tubos de serpentina de aquecimento tanto da seção de radiação quanto da seção de Convecção dispostos verticalmente Quanto à posição dos tubos da serpentina Horizontais Os tubos da serpentina para o aquecimento da carga, tanto na seção de radiação quanto Na seção de convecção, são distribuídos horizontalmente. •Misto Os tubos da serpentina de aquecimento da seção de radiação são verticais e os da seção de convecção são horizontais Quanto ao escoamento de gases Fornos de tiragem natural Local onde os gases de combustão escoam sem auxilio de ventilador. Fornos de tiragem mecânica Os gases de combustão escoam com o auxilio de ventiladores. Explosão Conseqüência de uma queima violenta de combustível ou acúmulo de mistura explosiva na câmara de combustão. Fonte de ignição Refratarios aquecidos Chama Ao ocorrer uma explosão, grande volume de gases de combustão se formam quase que instantaneamente, reduzindo a passagem entre os tubos do forno e não dando tempo para que se esfrie e contraia. Combustão Elementos que compõem o fogo Os elementos que compõem o fogo são: Combustível Comburente (oxigênio) Calor Reação em cadeia Combustão Combustível É todo material que queima. São sólidos, líquidos e gasosos. Comburente (Oxigênio) É o elemento ativador do fogo, que se combina com os vapores inflamáveis dos combustíveis, dando vida às chamas e possibilitando a expansão do fogo. Calor É uma forma de energia. É o elemento que dá início ao fogo, é ele que faz o fogo se propagar. Pode ser uma faísca, uma chama ou até um super aquecimento em máquinas e aparelhos energizados Combustão Reação em Cadeia Os combustíveis, após iniciarem a combustão, geram mais calor. Esse calor provocará o desprendimento de mais gases ou vapores combustíveis, desenvolvendo uma transformação em cadeia ou reação em cadeia, que, em resumo, é o produto de uma transformação gerando outra transformação. Combustiveis Gases de combustão Os combustíveis gasosos são menos poluentes, devido as suas características físico-quimicas, o que favorece reação de combustão completa, evitando a emissão de poluentes como monóxido de carbono (CO), material particulado orgânico e hidrocarbonetos não queimados. O carvão nacional, por seu alto teor de cinzas de enxofre, é um dos combustíveis de uso industrial mais poluentes da indústria Combustíveis Em refinarias, normalmente se utilizam como combustíveis os fluidos disponíveis, como os gases das unidades de craqueamento ou resíduo de vácuo, preferencialmente frações de baixo valor comercial. Também são usados combustíveis comprados de fornecedores como o diesel e o gás natural. Os fornos podem ser classificados quanto ao combustível queimado: a óleo, a gás, ou ambos, biocombustível, biomassa etc Combustão Combustão Excesso de ar O excesso de ar é a porção de ar fornecida além da quantidade estequiométrica, necessária em uma reação de combustão. A quantidade estequiométrica de ar, aquela fornecida pela reação química, seria suficiente para a realização da reação de combustão; entretanto para que esta se realize de maneira completa, outros parâmetros devem estar de acordo, como a temperatura, gradientes de concentração da mistura e forma da câmara de combustão. Um excesso de ar de 1,25 significa que está sendo utilizada uma quantidade adicional de 25%de massa de combustível, além do valor necessário determinado pelo balanço estequiométrico da reação. Excesso de Ar Sistema de refrigeração Sistema de refrigeração-Ciclo básico de refrigeração Bancada experimental
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