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2] EE - Fornos

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2° EE – Caldeiras e Fornos 
 
 
Descreva o conceito básico de um forno e cite o seu principal objetivo. 
 
Fornos são estruturas fechadas para aquecimento intenso de materiais. Neles são alcançadas temperaturas 
maiores do que nos processos de combustão não controlados, obtendo assim uma maior eficiência energética. 
É utilizado para derreter metais para fundição, aquecer materiais para a mudança de forma (forjamento, por 
exemplo) ou para a mudança de propriedades (tratamento térmico). 
A função principal do forno qualquer que seja o trabalho executado, é transferir ao material o calor gerado pela 
combustão, com a máxima eficiência, uniformidade e segurança. 
 
Qual a proporção adequada de ar primário e secundário e qual a função do ar primário no forno? 
 
O ar que atravessa o queimador é geralmente dividido em duas correntes o “ar primário” que se mistura ao 
combustível no próprio queimador e o “ar secundário” que se mistura ao combustível dentro da fornalha. 
A função do ar primário é dar início a ignição do sistema e o seu fornecimento contínuo mantém a chama na 
posição correta. O deslocamento da chama é controlado de acordo com sua vazão e a vazão do combustível. 
Já o ar secundário é introduzido próximo da zona de chama e então por arrastamento é misturado, e não deixará 
que a chama se extinga. 
O ar primário é dividido de 70 a 90% da quantidade total de ar inserito no sistema enquanto que o ar secundário 
se limita de 10 a 30%. 
A forma da chama é afetada pela distribuição do ar primário e secundário, ficando mais longa quando se aumenta 
o ar secundário. 
 
Explique o fenômeno de entrada do ar secundário no jato principal, como mostrado na figura abaixo. 
 
 
 
Como o jato da mistura ar/combustível é fornecida a uma velocidade elevada, o ar secundário que encontra-se 
dentro do forno é arrastado devido atrito com o ar primário, concluindo assim a queima do combustivel. 
Um grau moderado de recirculação é uma indicação positiva de que a mistura de ar/combustível é completa, 
enquanto que a sua ausência é uma indicação clara de que nem todo o ar secundário foi arrastada para o jato 
principal . 
 
O que pode provocar a recirculação dos gases de combustão para o inteior da chama e quais seus efeitos 
positivos e negativos? 
 
Por conta do efeito do arrasto, além do ar secundario ser puxado para a região de combustão, parte dos gases de 
combustão também são puxados. 
O efeito positivo deste fato é que estes gases quentes elevam a temperatura do bocal do queimador mantendo a 
existência dos três elementos necessários para a combustão: oxigênio, combustível e calor, evitando assim a 
extinção da chama. 
 
O efeito negativo é que esses gases inertes irão diminuir a temperatura média máxima da chama, já que irão 
apenas absorver calor enquanto passam pela frente da chama 
 
 
Cite o efeito do excesso e da redução de ar de combustão no processo de combustão e na eficiência do forno. 
 
O excesso de ar é a quantidade de ar acima daquela necessária para a combustão completa do combustível. 
Para que ocorra uma combustão eficiente é necessária a quantidade de ar estequiométrica, mas na prática para 
conseguir uma combustão completa é preciso que ocorra um “excesso de ar” de modo a para superar as 
deficiências de mistura. 
O excesso de ar de combustão fará com que a combustão seja completa, porém o aumento excessivo reduz a 
temperatura e o comprimento da chama, e aumenta o consumo de combustível no processo. 
O excesso de ar atua como uma carga de calor adicional porque ele também deve ser aquecido. Portanto, quanto 
mais ar em excesso, mais combustível é necessário. Como o ar em excesso reduz a temperatura da chama e dos 
produtos da combustão, então a taxa de transferência de calor também é reduzida reduzindo a eficiência. 
 
Enquanto que a redução de ar provocará uma combustão incompleta que é altamente indesejável do ponto de 
vista energético, ambiental e de segurança. Pois, por não queimar totalmente o combustível já se caracteriza 
como desperdício, além de promover a presença de gases com potencial para a queima dentro de forno, que em 
caso de elevação imediata de oxigênio provocará uma explosão dentro da câmara. E também produz inúmeros 
produtos nocivos ao meio-ambiente. 
 
A velocidade com a qual a chama atravessa uma mistura inflamável tem uma influência importante no design 
de queimadores e câmaras de combustão. Explique o porquê? 
 
A velocidade da chama influencia no design do bocal do queimador no sentido de que ele em que ser projetado 
para promover uma área de dissipação de calor suficiente para a chama e evitar, assim, que a chama adentre na 
zona de pré-mistura dos combustíveis. 
Velocidades muito altas podem causar extinção da chama ou retorno da chama para dentro do queimador, 
gerando explosão. Velocidades muito baixas podem causar superaquecimento da câmara de combustão e 
queimador ou causar separação da chama (distanciamento da chama ao queimador). 
 
Uma vez que a chama tenha sido iniciada em um queimador, ela só se manterá se receber calor suficiente da 
reação a fim de manter a temperatura de ignição próximo à saída do combustível. Explique os fenômenos de 
importância prática que ocorrem no interior do forno e que influenciam a manutenção desta temperatura de 
ignição. 
 
Os principais fenômenos que influenciam a manutenção da temperatura de ignição são a recirculação (interna e 
externa) e a reradiação. 
A recirculação que é quando os gases (produto) da combustão retornam para a chama, ajudando a manter a 
estabilidade da chama, porém diminuindo sua temperatura média. A temperatura dos produtos de combustão 
deve ser superior à temperatura de auto-ignição da mistura ar combustível para iniciar e manter a queima do 
combustível, pois se for inferior cessa a combustão. 
O outro fator é a reradiação, que é quando a radiação emitida pela chama é refletida de volta para a chama pelos 
refratários, esse fenômeno é mais importante quanto mais incandescente for a chama do combustível. 
 
Explique a eficiência do forno a partir do balanço de calor no interior de um forno. 
 
O calor é liberado pela queima do combustível com o ar e parte desse calor é absorvido pelo produto, o restante 
é perdido pelo gás de combustão e pelas paredes externas do forno. Então sua eficiência é definida como: 
 
 
 
 
Eficiência do forno 
 
Calor do produto final 
 
Calor perdido na combustão 
 
 
 
 
Porque os fornos em processos de alta temperatura tendem a ser menos eficientes? 
 
Fornos para altas temperaturas apresentam baixa eficiência (~50%) 
Fornos de baixas temperaturas são mais eficientes (~80%) 
 
À medida que a temperatura do produto aumenta no interior do forno, a variação da temperatura entre o 
produto e o gás diminui e então a fluxo de calor entre eles diminui. Então seus gases de escape saem à uma 
temperatura muito alta, resultando numa grande perda de calor devido à alta temperatura à qual os fornos têm 
de operar para satisfazer a demanda requerida. 
 
Porquê os fornos tendem a ser menos eficientes que as caldeiras aquatubulares? 
 
Nos fornos, as perdas são dadas nas paredes e nos gases quentes que são liberados após a queima. No máximo 
estes gases podem passar num trocador de calor para pré-aquecer o ar a entrar no queimador, mesmo assim, 
nem sempre isso pode ser feito, pois dependerá do produto. 
Diferente dos fornos, nas caldeiras pode-se reaproveitar as perdas de várias maneiras.

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