Análise de queima de cerâmica com GLP

Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologias
Departamento de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ANÁLISES TERMOGRÁFICAS NA QUEIMA DE
CERÂMICA VERMELHA, EM FORNOS INTERMITENTES
A GÁS GLP, DA REGIÃO DE CEARÁ-MIRIM
Fernando Cesar Garcia de Freitas
Orientador: Prof. Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo
Co-Orientador: Prof. Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
Natal/RN
agosto/2003

Dissertação de Mestrado – PPGEQ/UFRN – Natal/RN - Brasil
Sumário
Legenda I
Nomenclatura II
Lista de Figuras III e IV
Lista de Tabelas V
1- Introdução 1
1.1 – A Indústria Cerâmica do Rio Grande do Norte 1
1.2 - O Processo sob controle: A Indústria competitiva 3
1.3 - Combustíveis gasosos na Cerâmica 3
2 - Aspectos Teóricos 6
2.1 - Principais prioridades e características de um gás. 6
2.1.1 - Densidade de um gás 6
2.1.2 - Poder calorífico 7
2.1.3 – Índice de Wobbe 7
2.1.4 – Temperatura de chama 8
2.1.5 – Limite de inflamabilidade 9
2.1.6 – Velocidade de chama 9
2.1.7 – Número de aeração 10
2.1.8 – Caracterização do GLP 11
2.2 – Combustão 11
2.2.1 - Fundamentos da combustão 11
2.2.2 - Reações químicas da combustão 12
2.2.3 - Relação ar/gás e tipos de combustão 12
2.2.4 - Ar primário e secundário 12
2.2.5 - Tipos de chama e suas características 13
2.2.6 – Sistemas de combustão 14
2.2.7 - Tipos de sistemas de combustão 15
2.3 – Queimadores 15
2.3.1 – Tipos de queimadores 16
2.3.2 – Queimadores atmosféricos 14
2.3.2.1 – Funcionamento do queimador atmosférico 17
2.3.2.2 – Aplicação do queimador atmosférico 18

2.3.3 – Queimadores de circulação forçada 18
2.3.3.1 – Funcionamento do queimador de circulação forçada 19
2.3.3.2 – Aplicação do queimador de circulação forçada 20
2.3.3.3 - Regulagem e falhas na chama 21
2.4 – Fornos 22
2.4.1- Fornos para cerâmica 22
2.4.1.1 – Fornos intermitentes 23
2.4.1.2 – Fornos tipo chama reversível 24
2.4.1.3 – Fornos contínuos 25
2.5 – Conversão 26
2.5.1 – Definição 26
2.5.2 - Intercambialidade dos gases combustíveis 27
2.5.3 - Classificação dos gases combustíveis 28
2.6 – Matéria prima – argila 29
2.6.1 – Plasticidade do sistema argila + água 30
2.6.2 - Retração de secagem e queima 32
2.6.3 – Comportamento térmico das argilas 32
2.6.4 – Formação 33
2.6.5 – Composição 33
2.6.6 – Classificação 34
2.6.7 – Propriedades da cerâmica 37
2.6.8 – Fabricação 38
2.6.9 – Tratamento da argila 39
2.6.10 – Moldagem 41
2.6.11 – Secagem 41
2.6.12 – Queima 42
2.6.13 – Curva de gresificação 42
2.7 - Análise química de argilas 43
2.8 – Indústria 45
2.8.1 – Processo produtivo 45
2.8.2 – Argilas estudadas na Cerâmica Santa Rosa 47

2.8.3 – Etapas de produção 48
2.8.3.1 – Caixão alimentador 48
2.8.3.2 – Misturador 48
2.8.3.3 – Laminador 48
2.8.3.4 - Maromba 49
2.8.3.5 – Cortador 49
2.8.3.6 – Secador 49
2.8.3.7 – Fornos 49
2.8.3.8 – Torre de lavagem de gases de exaustão 50
3 – Metodologia 53
3.1 – Materiais 53
3.2 - Matérias-primas 53
3.3 - Procedimento experimental do processo 54
3.3.1 - Análise química 57
3.3.2 – Ensaios das características cerâmicas 58
3.3.3 - Procedimento experimental do processo de gresificação 59
3.4 – Operação de queima 60
4 – Resultados e discussões 62
4.1 – Resultados da análise química 62
4.2 – Resultados dos ensaios cerâmicos 63
4.2.1 – Gráficos dos ensaios cerâmicos 65
4.2.2 – Resultados da gresificação 68
4.3 – Resultados do monitoramento das queimas em escala industrial 73
4.3.1 – Discussões do monitoramento das queimas em escala industrial 89
4.3.2 - Características visuais 92
4.3.3 - Características geométricas 92
4.3.4 - Características mecânicas e físicas 93
5- Conclusões 95
5.1 - Conclusões dos estudos em escala de laboratório 95
5.2 – Conclusões da queima em escala industrial 96
6 - Referências Bibliográficas 98 a 104

Resumo
A região de Ceará Mirim, localizada próximo à cidade de Natal, constitui-se em
um dos principais pólos da indústria de cerâmica estrutural do estado do Rio Grande do
Norte. Neste trabalho estudou-se a caracterização físico-química e os ensaios cerâmicos de
05 (cinco) amostras de matérias primas dessa região, e que são utilizadas no processamento
cerâmico. Estudou-se também, em escala de laboratório, as características cerâmicas de
corpos de prova queimados, formados por misturas dessas amostras, com o objetivo de
identificar seus pontos de gresificação, para propor formulações de massas que atendam as
especificações de mercado. Esses resultados mostraram a importância de se conhecer as
propriedades e seus comportamentos, nos corpos cerâmicos queimados.
Após otimização dessas massas cerâmicas, verificou-se em escala industrial (com
a conversão de um forno intermitente), o comportamento das curvas de queima, utilizando
gás liquefeito de petróleo (GLP). Essas curvas mostraram que existe um gradiente térmico
de aproximadamente 300ºC entre a abóboda do forno e seu piso (crivos), sendo necessário
um controle mais rigoroso para minimizar esses efeitos. Mesmo assim a queima com GLP é
mais eficaz comparativamente à lenha, obtendo-se produtos de primeira qualidade de 87%
e 95% respectivamente para tijolos e lajotas.
Palavras-chaves:
- Combustíveis gasosos - Caracterização mineralógica
- Análise de curvas de queima - Redução de impactos ambientais
- Qualidade de processos - Qualidade de produção
Banca Examinadora:
Orientador: - Prof. Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo•
•
•
•
Co-Orientador: - Prof. Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
Examinador: - Prof. Dr. Luiz Renato de Araújo Pontes
Examinador: - Prof. Dr. Edson Leandro de Oliveira
Data da Defesa da Dissertação de Tese: 18 de agosto de 2003

Abstract
The area of Ceará Mirim, located close to the city of Natal, is constituted in one of
the main poles of the industry of structural ceramic of the state of Rio Grande do Norte. In
this work it was studied the physiochemical characterization and the ceramic rehearsals of
05 (five) clays of that area, what are used in the ceramic processing. It was also studied, in
laboratory scale, the ceramic characteristics of proof bodies burned, formed by mixtures of
those clays, with the objective of identifying their sintering points, to propose formulations
of masses to assist the market specifications. Those results showed the importance of
knowing the properties and their behaviors, in the burned ceramic bodies.
After optimization of those ceramic masses, it was verified in industrial scale (with
the conversion of an intermittent oven), the behavior of the curves of burning, using
liquefied gas of petroleum (GLP). Those curve showed that a thermal gradient of
approximately 300ºC exists between the arched roof of the oven and his floor (grates),
being necessary a more rigorous control to minimize those effects. Even so, the burning
with GLP is more effective comparatively to the firewood, being obtained products of first
quality of 87% and 95% respectively for bricks and paving stones.

Agradecimentos
- Ao Professor Doutor Marcus Antônio de Freitas Melo, pela orientação nesta
dissertação, pelos conhecimentos e conselhos passados, e pela ajuda de um
verdadeiro amigo.
- A Professora Doutora Dulce Maria de Araújo Melo, pelos conhecimentos, conselhos
e pela amizade.
- Ao Centro de Tecnologias do Gás pela colaboração técnica e pelo incentivo dos
companheiros de trabalho, em especial, os técnicos e Engenheiros da UNATT.
- Ao Engenheiro do CTGÁS Judas Tadeu da Costa Ferreira Neri, pelos conselhos e
conhecimentos transmitidos durante esta dissertação.
- Ao Coordenador e Engenheiro do CTGÁS, Wellington Penetra da Silva, pelos
conhecimentos e pela compreensão nos momentos difíceis.
- Aos funcionários do PPGEQ, em especial a MAZINHA, que é uma criatura especial.
- A Coordenadora do PPGEQ, Gorete Ribeiro de Macedo, pela amizade e confiança
depositada no decorrer deste trabalho.
- Ao Mestre em Engenharia Química da UFRN, José Nildo Galdino, pela caracterização
das argilas, pelos conselhos e pela amizade.

- Agradeço a Deus,
- À minha mãe, meu pai e minha irmã,
Marly, Norberto e Luciana, por toda uma vida.
- À minha mulher e filhos,
Marisa, Alice, Emília, Uira e Pedro,
meu eterno agradecimento, pelo amor e
paciência.

Legenda I
AM 01 - Argila coletada no ponto-1 da 1ª jazida da Indústria Cerâmica Sta Rosa
AM 04 - Argila clara coletada na 2a
jazida da Indústria Cerâmica Santa Rosa
AM 05 - Areia fina coletada na 3a
jazida da Indústria Cerâmica Santa Rosa
AM - A - Combinação das amostras: AM 02 (61%), AM 04 (26%) e AM 05 (13%)
AM - B - Combinação das amostras: AM 02 (60%), AM 04 (40%)
AM - C - Combinação das amostras: AM 02 (75%), Quartzo (25%)
GN – Gás Natural
GLP – Gás Liquefeito de Petróleo
GNC – Gás Natural Comprimido

Nomenclatura II
Lo - Comprimento do corpo de prova (cm)
L1 - Comprimento do corpo de prova após secagem a 110ºC (cm)
L11 - Comprimento do corpo de prova após queima (cm)
Pu - Peso do corpo de prova úmido (g)
Ps - Peso do corpo de prova seco (g)
Pi - Peso imerso em água (g)
MEA – Massa específica aparente (g/cm3
)
PA – Porosidade aparente (%)
AA - Absorção de água (%)
Rs – Retração linear de secagem (%)
Rq – Retração linear de queima (%)
TR – Tensão de ruptura à flexão (kgf/cm2
)
b – Base do corpo de prova (cm)
h – Altura do corpo de prova (cm)
PCS – Poder Calorífico Superior (kcal/m3
)
PCI – Poder Calorífico Inferior (kcal/m3
)
W – Índice de Wobbe (kcal/m3
; kW.h/m3
; kJ/m3
)

Lista de Figuras III
Figura 2.1 – Chama de aeração alta e baixa 10
Figura 2.2 – Ar primário e secundário 13
Figura 2.3 - Queimador atmosférico 16
Figura 2.4 - Características físicas de um queimador atmosférico 17
Figura 2.5 - Queimador Monobloco 19
Figura 2.6 - Queimador Duobloco 19
Figura 2.7 – Tipos de chama 20
Figura 2.8 – Descolamento da chama 21
Figura 2.9 – Forno tipo caieira 23
Figura 2.10 – Forno tipo chama reversível 25
Figura 2.11 – Forno túnel 26
Figura 2.12 – Fluxograma do processo de cerâmica vermelha 46
Figura 2.13 – Estoque de argila da Indústria Cerâmica Santa Rosa 47
Figura 2.14 – Torre de lavagem dos gases de exaustão 50
Figura 2.15 – Representação esquemática dos canais por onde passam os gases de
exaustão para os secadores. 51
Figura 3.1 – Fluxograma genérico do processo e caracterização de argilas 55
Figura 3.2 - Fluxograma genérico do processo e caracterização de argilas combinadas 56
Figura 4.1 - Variação da retração linear com a temperatura de queima 65
Figura 4.2 - Variação da tensão de ruptura com a temperatura de queima 66
Figura 4.3 – Variação da absorção de água com a temperatura de queima 66
Figura 4.4 – Curva de Gresificação AM – 01 69
Figura 4.8 – Curva de Gresificação AM – A 71
Figura 4.9 – Curva de Gresificação AM – B 71

Figura 4.10 – Curva de Gresificação AM – C 72
Figura 4.11 - Gráfico “Tempo x Temperaturas” da Queima 01 74
IV
Figura 4.25 - Gráfico “Tempo x Temperatura” - Média das Queimas 88

Lista de Tabelas V
Tabela 1.1 – Perfil da Indústria Cerâmica Estrutural no Rio Grande do Norte 2
Tabela 2.1 – Densidade de gases combustíveis 7
Tabela 2.2 – Temperaturas de chama de gases combustíveis 9
Tabela 2.3 – Velocidade de chama de gases combustíveis 10
Tabela 2.4 – Características das chamas oxidante e carburante 14
Tabela 4.1 – Resultados das análises químicas 62
Tabela 4.2 – Resultados dos ensaios físicos e cerâmicos de corpos de prova 65
Tabela 4.3 – Tabela de Acompanhamento de Temperaturas da Queima 01 74
Tabela 4.17 – Resumo das queimas 92

Capítulo 1
Introdução Geral
Fernando Cesar Garcia de Freitas 1

1 – INTRODUÇÃO
1.1 - A Indústria Cerâmica Estrutural do Rio Grande do Norte
Hoje o Brasil possui mais de dez mil estabelecimentos de cerâmica estrutural,
constituindo-se num importante segmento industrial, produzindo mais de dois bilhões de peças
por ano e empregando mais de quatrocentas mil pessoas.
Na década de 90 mais de setecentas indústrias de cerâmica estrutural estavam instaladas
no nordeste do Brasil.
A Indústria Cerâmica do Rio Grande do Norte é atualmente constituída por um universo
de, aproximadamente, 140 fábricas, 41 delas localizadas no Vale do Assu, revestindo-se de
fundamental importância na estrutura econômica e social do Estado, uma vez que se constituem
nas principais fornecedoras de insumos básicos para o setor de construção civil, bem como,
absorvedora de um contingente significativo de mão-de-obra (FIERN/CTGÁS, 2001). A tabela
1.1 mostra o perfil da Indústria de Cerâmica Estrutural no estado do Rio Grande do Norte.
Tabela 1.1 - Perfil da Indústria Cerâmica Estrutural no Rio Grande do Norte
(FIERN/CTGÁS/2000)
Empresas Cadastradas na FIERN 108
Empresas Sindicalizadas no SICERN 38
Nº Aproximado de Empregos Diretos 5.000
Peças Produzidas por mês 90.000.000
Faturamento Anual Aproximado R$ 72.000.000,00
Consumo de Lenha (m3
/1000 peças) 1,7 a 4,1 m3
Consumo Médio de Lenha (m3
/1000 peças) 2,0 m3
Consumo mensal de lenha 162.000 m3
Custo da Lenha (m3
) R$ 3,50 a R$ 8,00
Desmatamento do Setor 37.384 ha/ano*
Área Devastada pelo Setor 0,64% da área verde nativa do RN/ano
* 1ha = 52 m3
de lenha (Já há dificuldade de lenha em algumas localidades).

1.2 - O Processo sob controle: A Indústria Competitiva
Conhecer uma matéria prima significa conhecer sua retração de secagem e de queima,
sua plasticidade, sua granulometria, a quantidade de água que requer para a extrusão, a tendência
às trincas de secagem, sua resistência após queima, sua cor de queima. Conhecer uma matéria
prima significa ensaiar e medir estas características na média geral da jazida e também mapear
veio a veio, decidir o que deve ser feito com cada um dos veios. O estudo veio a veio é
particularmente importante quando estão presentes os calcários, gesso ou areia graúda de quartzo.
É necessário decidir o que fazer com a jazida. Uma jazida que contenha apenas montmorilonita
ou haloisita, é uma jazida inapropriada. Também é um erro insistir em usar uma matéria prima
ilítica, que é plástica demais, como única matéria prima. Não é possível ter uma empresa
competitiva e ao mesmo tempo trabalhar com as matérias primas sem controle de qualidade.
Aquele que hoje não controla sua matéria prima, certamente não adotou ainda a mentalidade
industrial atual. O ensaio da matéria prima tem um custo insignificante comparado ao que custam
as perdas! Não existe “economia” mais absurda do que não controlar as matérias primas.
As argilas usadas na cerâmica vermelha constituem a matéria-prima utilizada na
fabricação de telhas, tijolos e manilhas. Estes produtos, como são de baixo valor econômico,
requerem transporte limitado entre a jazida e a usina cerâmica, processamento pouco dispendioso
e baixo frete até o consumidor. Sendo assim, as jazidas de argila devem situar-se próximas às
cerâmicas, que, por sua vez, localizam-se junto aos grandes centros urbanos, que são seus
consumidores.
1.3 - Combustíveis gasosos na Cerâmica
Uma das preocupações das distribuidoras de combustíveis gasosos é desenvolver um
trabalho concreto no setor de cerâmica vermelha. Isso ainda não se desenvolveu porque se
conhece pouco o processo de conversão entre o combustível utilizado hoje pela maioria das
cerâmicas, que é a lenha. A queima com lenha, na nossa região, onde não há reflorestamento das
áreas devastadas, agrava ainda mais o problema do desmatamento sem critério de áreas vitais.
Essas áreas por estarem dentro do chamado “polígono das secas”, nunca são recompostas,
alimentando cada vez mais e de forma decisiva o problema da desertificação da região.

O Centro de Tecnologias do Gás, vem desempenhando muito bem o seu papel de
multiplicador de tecnologias de combustíveis gasosos, onde diversos trabalhos foram realizados
em cerâmicas vermelhas com ótimos resultados. O gás permite distribuição mais homogênea das
chamas e um maior controle da temperatura, garantindo também produtos mais homogêneos e de
maior qualidade.
Este trabalho objetiva estudar, em escala de laboratório, as propriedades cerâmicas das
matérias-primas (argilas) e de suas formulações, para uso na Indústria Cerâmica Estrutural da
região e em escala industrial, verificar o comportamento das curvas de queima em forno
intermitente, utilizando gás liquefeito de petróleo (GLP) como combustível, na tentativa de
melhorar a qualidade de processos e produtos, como também, minimizar os impactos da poluição
ambiental, hoje tanto evidenciado no processo de queima a lenha. Este estudo propicia a geração
de um embrião, para o desenvolvimento de processos de queima utilizando gás natural, que é um
grande diferencial energético do Rio Grande do Norte.

Capítulo 2
Aspectos Teóricos

2 . Aspectos Teóricos
2.1 - Principais propriedades e características de um gás.
As propriedades do gás que afetam o comportamento de sua queima em um
equipamento são conhecidas pelo termo geral de “características de combustão”.
Observam-se alterações na performance da queima de um gás quando ocorrem fatos como:
• Ao equipamento está sendo fornecido gás suficiente ou em excesso provocando
falta de calor ou desperdício de calor.
• Os queimadores atmosféricos apresentam “retorno de chama” ou excesso de
barulho.
• A combustão incompleta poderá ocorrer produzindo monóxidos de carbono,
aldeídos, e fuligem como produtos de combustão.
Assim, espera-se de um queimador a gás, que após sua instalação de forma
correta, esse proporcione uma operação satisfatória e segura por um período razoável de
tempo. Para que isto possa ocorrer é necessário que o queimador tenha sido projetado de
forma a satisfazer as principais propriedades e características de um determinado gás.
2.1.1 - Densidade de um gás
Também conhecido como densidade relativa é uma das propriedades físicas
importantes no dimensionamento de queimadores e tubulações, e tem influência na queima
dos gases. A densidade relativa de um gás é a relação entre a massa deste e a massa de igual
volume de ar atmosférico nas mesmas condições de temperatura e pressão, como mostra a
Tabela 2.1. No que diz respeito à segurança dos locais onde se utilizam gases combustíveis,
o estudo dos problemas de ventilação deve ser executado em função da densidade destes
gases. Quanto ao dimensionamento de tubulações e queimadores, estão relacionados com
os cálculos de:

• perda de carga em tubulações
• índice de Wobbe
• vazão dos injetores de gás
• número de aeração
• intercambiabilidade de gases
Tabela 2.1 – Densidade de gases combustíveis
TIPOS
DENSIDADE ABSOLUTA
(kg/m3
)
DENSIDADE RELATIVA
(Ar = 1,28)
GN 0,775 0,60
NAFTA 0,74 0,58
GLP 2,29 1,77
2.1.2 - Poder Calorífico
De uma maneira geral o poder calorífico do gás representa a qualidade de calor
liberado na combustão completa por unidade de volume ou massa desta.
O poder calorífico multiplicado pela vazão do gás é que define a potência térmica de um
queimador, ou seja, a quantidade de calor liberada por unidade de tempo pelo queimador.
Então, variações na potência do queimador, interferem diretamente na quantidade de calor
liberado pelo queimador, e alteram os parâmetros de transferência de calor do queimador
para o equipamento (fornos, caldeiras, secadores, etc) (DUTTON, 1994).
2.1.3 – Índice de Wobbe
Na prática, a quantidade de calor fornecida é inversamente proporcional à raiz
quadrada da densidade e diretamente proporcional ao poder calorífico de um gás
combustível à pressão constante, sendo expresso pela fórmula:

d
Pc
densidade
caloríferopoder
w == (1)
A Equação (1) é conhecida como índice de Wobbe, expresso em (kcal/m3
). Ela
representa o calor fornecido, quando um determinado gás é queimado a uma pressão
constante. Um gás com baixa densidade relativa, sob pressão constante, flui através de um
orifício, em maior quantidade do que um gás com densidade relativa elevada. Assim se a
densidade decresce, o calor liberado pelo queimador aumentará. A quantidade de calor
produzida por um queimador a gás em um dado tempo, é determinada por quatro fatores:
• Diâmetro do orifício de saída do gás;
• Diferença de pressão através do orifício;
• Poder calorífico do gás;
• Densidade do gás.
Estas variações são importantes e devem ser levadas em consideração quando se estuda a
intercambiabilidade de sistemas de queima (DUTTON, 1994).
2.1.4 – Temperatura de chama
É a temperatura teórica próxima alcançada pelos produtos de combustão em
condições adiabáticas. Na prática, estas temperaturas não são obtidas, em virtude de não se
conseguir condições adiabáticas perfeitas e da existência de reações simultâneas que
ocorrem durante o processo da combustão. A temperatura de chama pode ser verificada
com boa aproximação por leitura com Pirômetro óptico ou termopar.
Quando o processo de combustão exige temperatura de chama mais alta, a
combustão deve ser com oxigênio, pois nesta reação não participam os outros componentes
do ar atmosférico, evitando-se desta forma reações paralelas e transferências de calor para
estes constituintes. Neste caso são alcançadas temperaturas de chama mais altas. A Tabela
2.2 mostra alguns exemplos de temperatura de chama de gases combustíveis
(NERI, CTGÁS, 1998).

Tabela 2.2 – Temperaturas de chama de gases combustíveis
TIPO AR (°C) OXIGÊNIO (°C)
Gás Natural 1920 2700
Gás de Nafta 1950 2660
GLP 1930 2720
2.1.5 – Limite de Inflamabilidade
A faixa de proporções da mistura ar-gás ou oxigênio-gás na qual a combustão é
possível, é chamada de inflamabilidade. Este fenômeno é importante em termos de
segurança e deve ser considerado para as instalações que trabalham com pré-mistura ar-gás
em tubulações (NERI, CTGÁS, 1998).
2.1.6 – Velocidade de chama
Como sabemos, a velocidade de chama é a velocidade na qual a chama atravessa
uma mistura de ar-gás. É importante frisar que a quantidade de ar na mistura ar-gás influi
na velocidade de chama de mistura. Por exemplo, um gás com limite de inflamabilidade de
4% a 40%. Na faixa de 0% a 4% de gás no ar a mistura é muito pobre o que significa
velocidade de queima zero. Na faixa de queima, ou seja, de 4% a 40% a velocidade é
crescente até atingir o ponto da mistura estequiométrica onde a velocidade é máxima. A
partir deste ponto a velocidade torna-se decrescente até zero novamente em 40%. Desde
40% até 100% a mistura é considerada rica para a queima e a velocidade é zero.
Outro fator que influencia na velocidade de chama é a temperatura da mistura, ou
seja, a velocidade aumenta com o aumento da temperatura da mistura. Um exemplo da
importância da velocidade de chama na queima é quando se substitui o gás de nafta por
GLP, mantendo-se a mesma quantidade de calor. Teremos a chama com GLP deslocando-
se do queimador. Ao converter-se de GLP para Gás de Nafta haverá tendência para retorno
de chama, pois a velocidade de chama do Gás de Nafta é cerca de três vezes maior do que a

do GLP o que provoca estes fenômenos de deslocamento e retorno de chama. A Tabela 2.3
mostra alguns exemplos de velocidade de chama de gases:
Tabela 2.3 – Velocidade de chama de gases combustíveis
Tipos de gases Velocidade de chama
Gás Natural 34 cm/s
Gás de Nafta 100 cm/s
GLP 20 cm/s
2.1.7 – Número de Aeração
Um queimador de pré–mistura tem um cone interno “frio” circundando por um
“quente”. A forma e o tamanho de ambos cones são influenciados pelo ar necessário e pela
velocidade de chama a qual depende da comunicação do gás, percentual da mistura ar/gás e
da temperatura desta. Variações na velocidade de queima do gás afetam o tamanho do cone
interno. Por exemplo, o Hidrogênio tem velocidade máxima de aproximadamente, sete
vezes maior do que o metano. O Hidrogênio propicia uma chama curta enquanto o metano
tem uma chama mais longa. Com isso, se a composição química de um gás varia,
modifica-se a quantidade de ar necessária à combustão, e a velocidade de queima mudará a
altura de chama.
Definimos como taxa de aeração primária ou número de aeração, a relação entre o
volume de ar misturado ao gás antes da combustão no queimador, e o volume de ar
necessário para a combustão completa do gás.
Figura 2.1 – À esquerda observamos uma chama de aeração alta e à direita outra
de aeração baixa

A Figura 2.1 mostra os diferentes cones e o efeito prático se dá, por exemplo, num
fogão. Ao substituirmos um gás de baixo número de aeração, como gás de carvão, por um
gás de alto número de aeração como o gás natural, teremos um cone interno maior e este
atingirá o fundo da panela causando “congelamento” de chama e conseqüentemente
fuligem e monóxido de carbono (NERI, CTGÁS, 1998).
2.1.8 – Caracterização do GLP
Dada a composição de um gás, a riqueza é obtida pelo somatório das frações
molares dos componentes a partir do propano. O GLP, tal como é produzido, pode conter
contaminantes: inertes e gases ácidos. Os inertes, sempre presentes no GLP, são o
nitrogênio e o vapor de água. Os gases ácidos são assim chamados por formarem uma
solução de características ácidas quando na presença de água livre. Os gases com estas
características são: o gás carbônico (CO2), gás sulfídrico (H2S), mercaptans (R-SH), sulfeto
de carbonila e dissulfeto de carbono. Para assegurar a confiabilidade do GLP que atenda as
especificações de mercado, segurança, transporte ou processamento posterior, torna-se
necessário um controle da qualidade do GLP utilizado com combustível.
Certamente, dentre as técnicas físico-químicas de análise, a técnica em questão é a
mais apropriada à análise do petróleo e seus derivados. Tal conhecimento possibilitará um
melhor aproveitamento do GLP como fonte de energia segura, menos poluente e barata
(NERI, CTGÁS, 1998).
2.2 – Combustão
2.2.1 - Fundamentos da Combustão
Combustão é a combinação rápida de um combustível com oxigênio e calor.
Portanto, para haver combustão são necessários três componentes: calor, oxigênio e
combustível. O calor necessário para iniciar a combustão pode ser fornecido por uma
chama-piloto ou uma centelha de ignição. Iniciada a combustão, o próprio calor que ela
produz sustenta a continuação do processo (NERI, CTGÁS, 1998).

2.2.2 - Reações químicas da combustão
Reação química é a combinação de duas ou mais substâncias, ou dois ou mais
reagentes, formando o produto desta. A combustão do GLP é uma reação química muito
rápida, na qual o oxigênio presente no ar combina-se com o hidrogênio e o carbono
contidos no gás, produzindo gás carbônico e água, além de calor. O calor gerado na
combustão é chamado de calor de combustão. Para um determinado gás, quanto maior o
consumo, maior a quantidade de calor gerada. O calor gerado na combustão de um gás
também é proporcional ao seu poder calorífico, que mostra o calor que ele produz por
quantidade (volume) de gás. Com isto é possível determinar o calor produzido para um
certo volume de gás queimado (NERI, CTGÁS, 1998).
2.2.3 - Relação ar/gás e tipos de combustão
A combustão é completa quando a quantidade de ar utilizada na relação ar/gás é
maior que a teórica. A quantidade de ar acima da teórica é chamada de excesso de ar. A
combustão é incompleta se a quantidade de ar for menor que a teórica (ar insuficiente).
Esta combustão dá origem a produtos tóxicos - monóxido de carbono (CO), aldeídos,
álcoois - e menos calor. Na combustão incompleta, parte do gás não sofre a reação de
combustão por falta de oxigênio (NERI, CTGÁS, 1998).
2.2.4 - Ar Primário e Secundário
Nos queimadores, o ar que participa da combustão pode ser misturado com o GLP
como ar primário, ar secundário ou os dois. Ar primário é o ar pré-misturado com o gás
antes da queima. Ar secundário é aquele que envolve a chama, assegurando a combustão
completa, como mostra a Figura 2.2 (NERI, CTGÁS, 1998).

Figura 2.2 – Ar primário e ar secundário
2.2.5 - Tipos de Chama e suas Características
A chama é o resultado visível da combustão. Três tipos de chama podem ser
encontrados no queimador com pré-mistura: a chama oxidante, a chama carburante e a
chama neutra. A chama neutra, ou perfeita, é o resultado de uma mistura balanceada ar/gás
ideal. Ela é uma chama azul e estável. A chama carburante, também chamada de redutora
ou luminosa, é obtida quando se tem muito combustível para pouco ar (mistura rica). Esta
chama tem uma cor azul-clara próxima ao bocal do queimador seguida de uma porção bem
maior de cor amarelada, brilhante e luminosa. A chama carburante não apresenta forma
bem definida (é “mole” e flutuante), possui temperatura mais baixa e indica combustão
incompleta. A chama oxidante, também conhecida como chama pobre, ou chama de
Bunsen, é obtida quando se tem muito ar para pouco combustível. A chama oxidante
apresenta dois cones azuis bem definidos e estáveis, sendo o interno de um azul mais claro.
Ela é pequena, de tonalidade azul intensa, “dura” e mais quente. Devido sua alta
temperatura, esta chama é aplicada nos equipamentos como caldeiras e fornos. A
combustão começa na superfície do bocal do queimador, pela combinação do ar primário
com o GLP. Na região do cone interno azul-claro estão presentes: parte do gás não
queimado, ar primário e os produtos intermediários da combustão incompleta. No cone

externo, os produtos entram em contato com o ar secundário, permitindo a combustão
completa. A chama azul escura do cone externo pode entrar em contato com o material frio,
sem afetar a combustão. Ela pode ser usada para fins de solda e de aquecimento a altas
temperaturas, por exemplo, equipamentos como fornos, caldeiras etc., operando acima de
750 ºC. Por outro lado, o cone interno azul-claro e a chama carburante não podem fazer
contato com um material frio, porque ocorre a carbonização do material (formação de
cinzas), indicando a combustão incompleta. A Tabela 2.4 apresenta um resumo das
características das chamas carburante e oxidante (NERI, CTGÁS, 1998).
Tabela 2.4 - Características das chamas carburante e oxidante.
AMARELA AZUL
Luminosa Não luminosa
Ar secundário Ar primário e secundário
Pouco ar Ar em excesso
Combustão incompleta Combustão completa
Queima mais lenta Queima mais rápida
Não necessita pré-mistura Pré-misturador
Chama maior Chama menor
Não tem forma definida Dois cones definidos
Carburante/Redutora Oxidante
Temperatura mais baixa (fria) Temperatura alta (quente)
Produtos tóxicos Produtos não-tóxicos
2.2.6 – Sistemas de Combustão
Sistemas de combustão é o conjunto formado pelos seguintes elementos de uma
instalação de gás combustível:
1. Queimador(es);
2. Sistema de suprimento de gás;
3. Sistema de suprimento de ar;

4. Sistema de Ignição;
5. Sistema de controle e proteção de chama;
6. Sistema de Tiragem;
Os sistemas de combustão são usados em vários equipamentos
domésticos e para processos industriais como fogões, fornos, caldeiras,
turbinas etc (NERI, CTGÁS, 1998).
2.2.7 - Tipos de Sistemas de combustão
Dependendo do tipo de sistema, podem estar todos os elementos acima citados, ou
apenas alguns deles. Basicamente existem dois tipos de sistemas de combustão:
1. Sistema de combustão com queimador atmosférico
2. Sistema de combustão com queimador de circulação forçada
2.3 - Queimadores
Queimadores são equipamentos destinados a promover, de forma adequada e
eficiente, a queima dos combustíveis, sendo responsáveis pela manutenção de uma chama
estável, onde se processa uma combustão segura e controlada. Queimadores a gás têm as
seguintes funções em um sistema de combustão:
1. Fornecer o gás combustível e o carburante à câmara de combustão, fixando
adequadamente o posicionamento da chama;
2. Misturar convenientemente o gás combustível e o carburante;
3. Proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da mistura gás
combustível – ar (evitando a extinção da chama);
4. Permitir a variação da capacidade de queima.

2.3.1 - Tipos de Queimadores
Dois tipos fundamentais de queimadores são apresentados:
• Queimadores atmosféricos
• Queimadores de circulação forçada
2.3.2 - Queimadores atmosféricos
São queimadores que não requerem introdução de ar por meios mecânicos
(ventilador/exaustor), retirando o ar de combustão diretamente da atmosfera através de
arraste ou difusão. As Figuras 2.3 e 2.4 mostram as características físicas de um queimador
atmosférico básico.
Figura 2.3 – Queimador atmosférico

Figura 2.4 – Características físicas de um queimador atmosférico
2.3.2.1 - Funcionamento
O princípio de funcionamento de um queimador atmosférico consta das seguintes
etapas:
• O gás, sob pressão, flui da tubulação de distribuição (manifold) para o orifício do
queimador.
• O gás que flui através do orifício do queimador sai na forma de jato, com um
aumento da velocidade em razão da pressão no manifold.
• A sucção que é criada na garganta do queimador, pelo aumento de velocidade do
fluxo de gás, induz a entrada do ar que está na pressão atmosférica, através do
obturador da câmara de mistura.
• Este ar induzido, chamado de ar primário, é misturado com o fluxo de gás
proveniente do orifício na garganta do queimador. O gás e o ar continuam
misturando-se ao longo do tubo de mistura.
• O tubo de mistura do queimador tem um formato de um Venturi, onde a secção
transversal começa menor e aumenta progressivamente até a boca do queimador. Na
boca do queimador, a combustão ocorre parcialmente através de uma pré-mistura do
ar com o gás, que sofre a ignição.
• A combustão se completa com a participação do ar secundário, que se localiza em
torno da chama.

• Dependendo do formato do queimador, aproximadamente 30 a 50% do total do ar
necessário para a combustão é ar primário. Essa proporção é obtida através do
ajuste do obturador.
• Uma vez estabelecido o ajuste do obturador, dando as características de chama
desejadas, qualquer redução na alimentação do queimador não afetará a razão ar/gás
nem as características da chama. Isto é resultado da relação direta entre a quantidade
de ar primário e a intensidade da sucção criada na garganta do queimador. Se a
pressão de gás cair, fornecendo menos gás ao queimador, a velocidade do fluxo de
gás através do orifício será menor, criando uma menor sucção na garganta, o que
induzirá uma menor sucção de ar primário. Portanto, a razão ar/gás será mantida
mesmo com a redução do alcance da chama do queimador.
2.3.2.2 - Aplicação
Devido suas características, os queimadores atmosféricos são aplicados onde
existe depressão na fornalha, não necessitando de ventilador para ar de combustão, pois a
alta pressão do gás (1,5 a 2,0 kgf/cm2
) força a entrada do ar por efeito “Venturi”, ou ainda
em pequenos sistemas de combustão, sendo muito comum em sistemas domésticos, como
fogões, fornos, aquecedores a gás.
2.3.3 - Queimadores de Circulação Forçada
São queimadores que precisam de introdução de ar por meios mecânicos para o
seu funcionamento. Esse suprimento de ar é normalmente feito por um ventilador.
Dependendo de como é acoplado o ventilador no conjunto, os queimadores podem ser:
• Monobloco - quando o ventilador e o queimador formam um único conjunto. A
Figura 2.5 mostra um exemplo de queimador monobloco. Normalmente são
aplicados em processos de “baixa temperatura” e ambiente não agressivo.
Exemplo: caldeiras de vapor, aquecedores de fluido térmico, secadores de grãos,
etc.

Figura 2.5 – Queimador Monobloco
• Duobloco – todos componentes são montados separadamente do corpo principal,
incluindo ventilador e sistema de controle. São utilizados em processos de “alta
temperatura” e ambientes agressivos. A Figura 2.6 mostra um queimador duobloco.
Exemplo: Fundição, geradores de gases quentes, fornos de tratamento térmico,
fornos cerâmicos, etc.
Figura 2.6 – Queimador Duobloco
2.3.3.1 – Funcionamento
No queimador atmosférico vimos que após o ajuste do obturador para as
características desejadas, a relação ar/gás permanece constante mantendo a chama estável.

Nos queimadores de circulação forçada, devido aos requisitos de potência e
segurança do sistema, é necessário o emprego de instrumentos que controlam a relação
ar/gás para manter equipamento dentro dos padrões especificados. Assim temos as
seguintes etapas:
• O gás, sob pressão, flui da tubulação de distribuição (manifold) para uma válvula de
controle que mantém a vazão e pressão dentro de limites especificados.
• O ar é insuflado por um ventilador numa câmara de mistura também com pressão e
vazão dentro de limites pré–estabelecidos succionando o gás necessário à
combustão.
• O ar e o gás seguem para a lança onde são misturados nas proporções ideais de
queima.
• O controlador monitora as condições de funcionamento, desligando o queimador
sempre que a vazão de ar ou gás se desviam dos parâmetros pré-estabelecidos,
mantendo assim condições precisas de funcionamento.
2.3.3.2 – Aplicação
Os queimadores de circulação forçada são utilizados em sistemas que requerem
limites precisos de temperatura, potência ou ambos, sendo por isso os preferidos em
processos industriais. São usados em caldeiras, fornos, estufas, entre outros.
A forma construtiva e as características dos queimadores são determinadas dependendo de
cada aplicação de um processo específico. As formas construtivas dos queimadores
influenciam no tipo de chama. A Figura 2.7 mostra os diferentes tipos de chama possíveis
nos queimadores:
1. Chama longa 2. Chama normal 3. Chama curta (alta veloc.) 4. Chama Plana
Figura 2.7 – Tipos de chama

Outro detalhe importante para definição de um queimador é a contra-pressão na
câmara de combustão. O queimador deve possuir uma contra-pressão de no mínimo duas
vezes a contra-pressão da câmara, a fim de que a chama se mantenha estável.
2.3.3.3 - Regulagem e falhas na chama
O que define o tipo da chama são as quantidades de ar e gás fornecidas ao
queimador, podendo estas quantidades, serem reguladas com base nas necessidades de
operação. Um outro fator muito importante, sobre o qual a regulagem das vazões tem
influência, é a estabilidade da chama que ocorre em uma determinada faixa de ajuste. Fora
dessa faixa, pode-se observar os seguintes fenômenos:
• Descolamento da chama
A chama no queimador, tendo razoável suprimento de ar, se manterá estável.
Contudo, se muito ar primário for utilizado ou se a vazão de saída de gás do queimador
estiver também muito elevada, a chama terá a tendência para descolar do(s) bico(s) do
queimador, conforme mostrado na Figura 2.8 a seguir:
Figura 2.8 - Descolamento da chama

Quando ocorre o descolamento de chama, um ruído característico será produzido.
Além disso, o cone da chama poderá ser separado e a combustão completa não será
alcançada. O monóxido de carbono e os aldeídos podem ser formados na chama descolada,
diminuindo a eficiência global do aparelho.
• Retrocesso da chama
Em determinadas condições, a mistura ar/gás ou a velocidade de fluxo é menor do
que a velocidade de queima nos bicos do queimador. Nesses casos, a tendência da chama é
retornar para dentro do bico do queimador e para dentro do tubo de mistura.
Para evitar o retrocesso da chama durante a operação, é necessário que o
queimador seja apropriadamente projetado e ajustado. Ainda assim, certas condições
poderão contribuir para que o retrocesso ocorra. Um queimador ajustado para uma grande
quantidade de ar primário e baixa pressão de mistura de gás nos bicos. O retrocesso vai
ocorrer porque a velocidade de queima da frente de chama será maior em razão de uma
grande quantidade de ar e a baixa velocidade de mistura ar/gás. Quando o queimador é
desligado, acontece o retrocesso provocando uma pequena explosão no interior do
queimador, que é inofensiva (CTGÁS, 1998).
2.4 - Fornos
2.4.1 – Fornos para Cerâmica
Os produtos cerâmicos precisam ser queimados ou cozidos para obter suas
propriedades de uso, entre elas, a dureza e resistência à água e aos produtos químicos.
Nesse processo são produzidas diferentes transformações físicas e químicas nas peças,
provenientes do processo de secagem, aplicando calor ao fomo a uma temperatura em geral
em torno de 900°C a 1000°C. O processo de queima é responsável pelo maior consumo
energético dentro do processo produtivo de uma indústria cerâmico. Por este motivo, a
seleção correta do forno para cada situação, assim como o estudo de soluções tecnológicas
que permitam diminuir as perdas de energia, tem uma alta importância.

Um forno pode ser definido como uma construção, de alvenaria ou metálica,
dentro da qual é possível aquecer uma carga determinada a altas temperaturas. Na Indústria
cerâmica são usados fornos intermitentes e contínuos. Nos fornos intermitentes a carga a
ser aquecida é colocada em certa posição e permanece lá até alcançar a temperatura
requerida, sendo depois resfriada até a temperatura ambiente e então retirada, geralmente
através da porta pela qual entrou. Os fornos contínuos são aqueles em que o cozimento ou
queima se faz de forma contínua, sem interrupção para descarga ou carregamento das
peças. Nestes fornos, enquanto um lote de peças está chegando ao final da queima, outra
quantidade igual ou semelhante está sendo iniciada, sem descontinuidade do processo. Os
fornos mais empregados pela industria cerâmica no Brasil segundo (NERI, 1998) são:
• fornos do tipo caieira, a lenha (intermitentes);
• fornos do tipo chama reversível, a lenha ou óleo (intermitentes);
• fornos do tipo plataforma (intermitentes);
• fornos do tipo Hoffmann (contínuos);
• fornos do tipo túnel (contínuos).
2.4.1.1 - Fornos intermitentes
O forno tipo caieira é típico de pequenas olarias. Possui o formato de um tanque,
como mostra a Figura 2.9, com abertura na sua parte inferior por onde é colocada a lenha
para queima.
Figura 2.9 – Forno Tipo Caieira

Estas aberturas têm uma cobertura na forma de abóbada, feita com fileiras de
tijolos separados, para dar passagem as chamas, e sobre elas são arrumadas as peças, de
modo a permitir a passagem dos gases quentes da combustão, os quais descrevem um
movimento ascendente através delas, e saem pela chaminé situada na parte superior do
forno, deixando escapar junto com os mesmos uma grande quantidade de calor para o
exterior do forno. Ao mesmo tempo, na fornalha, o ar necessário para a combustão é
aspirado desde o exterior devido ao gradiente vertical de pressão dentro do forno produzido
pelo movimento ascendente dos gases da combustão; esse processo é chamado de tiragem
ascendente. No fomo caiera a perda de produtos é alta, devido à má distribuição do calor na
câmara de queima, sendo que as primeiras camadas são queimadas demais, enquanto as
peças das últimas camadas ficam cruas. O projeto do forno caiera é considerado
ultrapassado e também anti-econômico, fazendo com que sua utilização seja cada vez
menor.
Um meio de reduzir as perdas de calor nos gases residuais, que apresentam uma
pane importante no consumo de combustível nos fomos com tiragem ascendente, é obrigar
os gases da combustão a descrever percursos mais longos através da peças, transferindo
desse modo, uma proporção maior de seu calor as mesmas.
Por este motivo alguns fornos, como os tipos chama reversível, mostrado na
Figura 2.10, utilizam um princípio de tiragem ascendente/descendente. Nesses fomos, parte
dos gases da combustão podem ter saída através de aberturas no fundo do forno, impedindo
deste modo a condensação na parte inferior do mesmo e tomando possível o término da
queima simultaneamente na parte superior e inferior do forno (SINGER ,1976)
2.4.1.2 - Fornos tipo “chama reversível”
Os fornos do tipo“chama reversível”, têm uma estrutura constituída de urna
câmara com abóbada fechada, com o piso feito de tijolos perfurados de modo a permitir a
passagem dos gases da combustão para os dutos de tiragem. Sua seção horizontal é
retangular ou quadrada com uma ou mais câmaras de combustão ao longo de uma ou duas
paredes laterais de maior dimensão, ou então possui seção horizontal circular com seis
fornalhas eqüidistantes entre si.

Figura 2.10 – Forno Tipo chama reversível
Em termos energéticos, o forno reversível é mais eficiente que o forno caieira,
sendo usado nas cerâmicas de pequeno e médio porte (NERI, 1998).
2.4.1.3 - Fornos Contínuos
Para que a produção em grande escala fosse mais econômica, um sistema contínuo
de queima que reutilizasse o calor desprendido durante o resfriamento, seria mais
adequado. Os fornos do tipo túnel utilizam um método diferente de queima continua, isto é,
os materiais se deslocam ao longo de um túnel aquecido. A temperatura atingida pelos
materiais enquanto avançam ao longo do túnel aumenta no início e diminui depois
gradualmente como no forno intermitente, mas a estrutura do fomo num dado ponto
permanece sempre à mesma temperatura. Deste modo, consegue-se a maior aproximação
ao método de queima ideal, no qual a energia térmica se consome só nas transformações
químicas irreversíveis. A energia térmica usada para modificar a temperatura dos materiais
recupera-se durante o resfriamento. A Figura 2.11 nos dá uma idéia de estrutura do forno
túnel.

Figura 2.11 - Forno Tipo túnel
Os fornos tipo túnel consistem essencialmente num longo túnel reto ou circular de
superfície interior relativamente pequena. Ao longo deste túnel desloca-se um sistema de
transporte dos materiais, que usualmente são carrinhos especiais que se deslocam sobre
trilhos. Os materiais avançam contra uma corrente de ar que transfere calor daqueles que se
encontram na seção de resfriamento e transferem esse calor pala aqueles que se acham na
seção de aquecimento. Os queimadores encontram-se na parte central do forno, conhecida
como seção de queima dos materiais cerâmicos (CTGÁS, 1998).
2.5 - Conversão
2.5.1 - Definição
Podemos definir como conversão de um queimador o conjunto de transformações
necessárias ao equipamento, para que este possa queimar um novo combustível com um
comportamento correto, conservando de preferência a mesma potência calorífica. No caso
de adaptação de um aparelho para uso GLP, que anteriormente utilizava um combustível
sólido, líquido ou gasoso, podemos definir como um conjunto de modificações que deverão
ser feitas neste equipamento, para poder utilizar GLP. Quer dizer que temos que saber qual

é o tipo de queimador ou queimadores que deveremos instalar nesse equipamento e outras
adaptações que deverão ser feitas para o uso do gás:
Outra terminologia que também é usada quando há necessidade de modificar a
posição relativa de peças de um aparelho para receber outro tipo de gás, diz-se que o
aparelho precisa ser regulado; quando é necessário mudar as dimensões de peças ou trocar
peças, diz-se que o aparelho precisa ser convertido; quando é necessário trocar o aparelho,
diz-se que ele é inconversível para o novo gás. Os aparelhos chamados “multigás”,
permitem o uso de gases diferentes trocando apenas os injetores ou modificando o diâmetro
do seu orifício, ou mesmo fazendo apenas a regulagem para usar o novo gás.
Atualmente, a grande maioria dos fabricantes de equipamentos a gás já disponibilizam para
o mercado os seus equipamentos com a opção de uso para o GLP ou GN, como também as
informações técnicas necessárias, em seus catálogos e/ou através de consultas, para que um
técnico em gás possa fazer a conversão dos equipamentos. É sempre prudente consultar o
fabricante quando se faz conversão de equipamentos.
2.5.2 - Intercambialidade dos gases combustíveis
Intercambialidade é o estudo das possibilidades de substituição de um gás por
outro numa rede de distribuição, que atenda equipamentos de combustão em consumidores
residenciais, comercias ou industriais.
Dois ou mais gases se dizem intercambiáveis quando os equipamentos permitem manter
simultaneamente:
• mesmo calor fornecido;
• mesma estabilidade de chama, sem retorno e sem desprender-se do queimador;
• qualidade de combustão;
• velocidade de chama compatível com o sistema;
• mesmo índice de Wobbe.
Quando dois gases, com composições diferentes, queimam em um mesmo
aparelho doméstico, sem necessidade de alterar a regulagem dos queimadores, são

chamados gases intercambiáveis. O conceito de intercambialidade de gases, para aparelhos
industriais, é menos rígido porque aceita como intercambiáveis dois gases que possam ser
usados em um mesmo aparelho, modificando apenas a regulagem normal do queimador. O
menor rigor, sob enfoque industrial, é decorrente da grande variedade de queimadores, o
que torna quase impossível a queima de dois gases diferentes, em todos os tipos de
queimadores, sem modificação da regulagem. Nessa conceituação mais flexível, embute-se
a pressuposição de que a indústria emprega necessariamente técnicos habilitados para
realizarem a regulagem de seus queimadores (CTGÁS, 1998).
2.5.3 – Classificação dos gases combustíveis
Um gás combustível que tiver o mesmo índice de Wobbe que o GLP, nas mesmas
condições de pressão e temperatura de fornecimento, será intercambiável com ele. Segundo
as normas UNE 60002-90 ou UNE EM 437, os gases combustíveis são classificados em
três famílias, em função do seu índice de Wobbe.
1ª Família
Gases combustíveis com baixo índice de Wobbe (5.700 kcal/m3
), como são os
gases manufaturados (fabricados a partir do craqueamento de naftas ou reformas do gás
natural), o ar metanado (mistura ar/gás natural) e o ar propanado (mistura ar/ propanado
comercial) de baixo poder calorífico.
2ª Família
Gases combustíveis com índice de Wobbe de grau médio (39,1 a 54,7 MJ/Sm3
ou
9.340 a 13.065 kcal/Sm3
), como são o gás natural e o ar propanado de alto poder calorífico.
3ª família
Gases combustíveis com alto índice de Wobbe (72,9 a 87,3 MJ/Sm3
ou 17.400 a
20.850 kcal/Sm3
), como são os gases liquefeitos de petróleo (GLP), ou seja: o butano e o
propano.

Todos os gases de uma mesma família têm um índice de Wobbe similar, de modo
que podem ser intercambiados, sem que seja necessário modificar a instalação ou os
aparelhos, sendo preciso apenas um pequeno ajuste dos mesmos. Nos países europeus, a
atenção se volta para o projeto do queimador “UNIVERSAL”. Este é o queimador que
requererá somente uma modificação do injetor para que funcione com gás encanado de
nafta ou carvão, GLP ou natural (CTGÁS, 1998).
2.6 – Matéria Prima: Argila
A matéria-prima para a fabricação de materiais cerâmicos é a argila. Ela
corresponde ao grupo de minerais ou "materiais argilosos", constituído de silicatos
hidratados de alumínio, ferro e magnésio, comumente com alguma porcentagem de álcalis e
de alcalino-terrosos. Junto com estes elementos básicos vêm sílica, alumina, mica, ferro,
cálcio, magnésio, matéria orgânica, etc. Como se vê, estão incluídos os elementos
formadores do vidro. A estrutura é de filossicatos, em camadas compostas, com cátions em
coordenações tetraédricas e octraédricas. Na maioria são cristalinos, placóides ou fibrosos e
de pequenas dimensões.
De acordo com a ABNT, argila é "solo que apresenta características marcantes de
plasticidade, quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas,
quando seco apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagregáveis
por pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são devido à parte constituída pelos
grãos de diâmetros máximos, inferiores a 0,005 mm". Na preparação da matéria prima, são
fundamentais o beneficiamento adequado das mesmas e a correção de suas propriedades
para viabilizar sua conformação e manuseio a cru. Esse material é composto principalmente
por silicatos hidratados de alumínio e ferro, contendo ainda, certo teor de elemento alcalino
e alcalinos terrosos. Fazem parte também da argila, matéria orgânica, sais solúveis e
partículas de quartzo, pirita, mica, calcita, dolomita e também certos minerais não
cristalinos (GRIM, 1968).

2.6.1- Plasticidade do sistema argila + água
Plasticidade é a propriedade que um sistema possui de se deformar pela aplicação
de uma força e de manter essa deformação quando a força aplicada é retirada. A
plasticidade em argilas é essencialmente resultante das forças de atração entre partículas de
argilo-minerais e a ação lubrificante da água entre as partículas anisométricas lamelares.
Pode-se admitir que a plasticidade se desenvolve quando a argila tem água suficiente para
cobrir toda a superfície acessível dos argilo-minerais com uma película de “água rígida”,
isto é, não-líquida mais um pouco de água “líquida”, isto é, não orientada, que age como
meio lubrificante facilitando o deslizamento das placas umas sobre as outras quando uma
tensão tangencial for aplicada; essas duas águas expressas percentualmente em relação à
massa da argila seca, são o limite de plasticidade de Atterberg (GRIM, 1956). Este fato
significa que a água age não somente como um meio inerte para separar as partículas dos
argilo-minerais e variar as forças de atração-repulsão entre elas mas também tem um papel
muito ativo na propriedade de plasticidade.
Os principais fatores que afetam a plasticidade são:
• Mineralógicos; são os minerais argilosos, a causa primeira da plasticidade das
argilas. Em argilas do mesmo tipo, quanto maior for o teor em minerais argilosos,
maior será a plasticidade. Argilas com composições diferentes apresentam
comportamentos plásticos diferentes. De acordo com as respectivas plasticidades
relativas, as argilas podem ordenar-se da seguinte forma:
Bentonita > ball-clay > fire-clay > caulim
A presença nas argilas de minerais acessórios não plásticos (quartzo, feldspato,
etc.) reduz a plasticidade das argilas.
• Granulométricos; em geral, nas massas ou pastas argilosas, um aumento da
porcentagem de partículas finas corresponde a um aumento de plasticidade.
Também a distribuição dimensional das partículas é muito importante. Quer seja a

dimensão média quer a distribuição dimensional das partículas refletem na
superfície específica, pois quanto maior é a superfície específica maior é a
quantidade de água que se pode fixar numa superfície disponível maior.
• Forma dos cristais; o hábito lamelar dos minerais argilosos é um fator muito
influente na plasticidade aliada à clivagem basal fácil e perfeita. Mas só por si, o
hábito lamelar e a clivagem basal fácil e perfeita, são pouco influentes. É o caso das
micas que, mesmo quando reduzidas a granulometria extremamente fina, são muito
menos plásticas que qualquer dos minerais argilosos.
• Carga elétrica dos cristais; os minerais argilosos possuem carga elétrica global
negativa para quase todos os pH’s com a qual está relacionada a sua capacidade de
troca de cátion e o seu potencial eletrocinético. A espessura do filme de água
coordenada ou ligada que envolve as partículas nas massas de argila, está
diretamente relacionada com o potencial eletrocinético e com o cátion de troca. As
partículas de argila que fazem parte de uma massa plástica estão em posição de
equilíbrio entre forças repulsivas devidas às suas cargas elétricas negativas,
balanceadas por forças atrativas com uma componente de Van der Waals e a outra
de tensão superficial devida à água. A coesão é devida às forças de Van der Waals
e à tensão superficial da água.
• Natureza dos cátions de troca e estado de defloculação da argila; Uma argila em que
Na+
é o cátion de troca, requer muito menos água para fluir do que uma argila em
que o Ca 2+
ou Mg2+
são cátions de troca. Na argila-Ca as partículas estão
fortemente aglomeradas (floculação ou coagulação) e o empacotamento delas é
desordenado formando-se estruturas abertas com espaços preenchidos por água. Tal
sistema implica uma “tensão de cedência” elevado requerendo mais água para fluir.
Pelo contrário, na argila-Na a aglomeração das partículas é fraca (defloculação,
dada a elevada energia de repulsão entre elas). O empacotamento das partículas é
mais denso, já que a água retida é reduzida. Conseqüentemente a argila-Na requer
menos água e menos tensão aplicada para fluir (SANTOS, 1989; GOMES, 1988).

2.6.2 - Retração de secagem e queima
Usualmente corpos feitos a partir de argilas sofrem redução de tamanho (retração
ou contração) após secagem e após queima. A retração após secagem é conseqüência da
eliminação da água utilizada na formação do corpo. Ao ser eliminada a água e ao surgirem
os vazios por ela deixados ocorre uma aproximação das partículas em conseqüência das
forças de atração eletrostática provocando o que se chama de aglomeração ou adensamento.
Após queima, a retração é conseqüência de fenômeno de sinterização. Sinterização é um
processo de adensamento de partículas sólidas com a eliminação ou redução dos poros
mediante tratamento térmico, mantendo as partículas sua individualidade, mas estando
ligadas entre si, seja como conseqüência de formação de fase líquida, seja por difusão de
átomos no estado sólido. Propriedades como absorção de água, porosidade e massa
específica aparente são relacionadas com sinterização (ZANDONADI, 1995).
2.6.3 - Comportamento térmico das argilas
A reação irreversível de endurecimento que ocorre quando uma argila é
fortemente aquecida é uma característica na qual se fundamenta a indústria cerâmica desde
os tempos mais remotos. À medida que o aquecimento prossegue acima da temperatura de
secagem, mais água é expelida e a peça vai ficando mais porosa. Com a elevação da
temperatura, as partículas aumentam a atração uma para com as outras, a porosidade
diminui gradativamente enquanto a resistência mecânica aumenta, até um ponto em que
ocorre a vitrificação total que tanto pode resultar numa peça extremamente dura como pode
provocar amolecimento e fusão. A liberação de gases no aquecimento pode dar origem a
um corpo inchado, ocorrendo, então, expansão ou “piroexpansão”.
Durante o aquecimento, é comum a contração de peças; raramente ocorre expansão ou
dilatação. Ocorrem também várias reações que dependem da composição química,
mineralógica e granulométrica da argila.(ZANDONADI, 1995)

2.6.4 - Formação
As argilas são os principais constituintes de numerosas rochas sedimentares e do
solo, originando-se a partir do intemperismo químico de diferentes minerais de rochas
ígneas, principalmente feldspatos, os quais se acumulam em fendas oceânicas e leitos de
rios, sofrendo aglomeração, graças à atração eletrostática existente entre as partículas da
rocha. A desintegração das rochas ígneas para a formação das argilas se dá sob a ação
incessante dos agentes atmosféricos (água e gás carbônico). Em geral, não se encontram
argilas puras com apenas um tipo de material argiloso, senão misturados, ainda que
predomine um material determinado. Como as rochas ígneas e os feldspatos são de diversos
tipos, também encontramos variadas espécies de argilas, com diferenças bastante
acentuadas em suas propriedades. Assim, não existem duas barreiras (depósitos de argila)
com o mesmo tipo de argila, às vezes há diferenças acentuadas até numa mesma barreira.
2.6.5 - Composição
É possível que a decomposição primitiva corresponda à libertação de sílica e
alumina sob formas coloidais; a sílica é um colóide negativo e a alumina um colóide
positivo. Produz-se uma floculação recíproca com a formação de coágulos. Estes coágulos
transformam-se progressivamente, por cristalização lenta mais contínua, em hidrossilicatos
de alumínio, por exemplo, caulinita. Os materiais argilosos aparecem, assim, como
formados de uma fração puramente coloidal e de uma fração que cristalizou, formando
finas lamelas, constituídas pela superposição de retículos ou redes cristalinas. A fração
puramente coloidal das argilas parece ser da ordem de 15%. Os componentes mais
importantes das argilas são:
• Caulinita (25O2. Al2O3.2H2O): a forma mais pura de argilo-minerais, mas
geralmente misturada com grãos de areia, óxido de ferro e outros elementos; tem
amplo predomínio no caulim, argila muito plástica que, ao secar, apresenta alta
retração e é infusível quando pura, mas as substâncias estranhas dão-lhe uma
pequena fusibilidade;

• Óxido de ferro (Fe2 O3): encontrado nas rochas ígneas, mistura-se com a caulinita e
dá a cor vermelha ou amarelada da maioria das argilas; reduz a propriedade de ser
refratária e seu teor não ultrapassa, usualmente, 7%;
• Sílica livre (S; O2/areia): reduz a plasticidade e o trincamento; diminui a retração e
facilita a secagem; diminui a resistência mecânica, mas o pouco que funde no
cozimento é que dá o vidrado endurecedor; forma, em geral, de 40 a 80% do total da
matéria-prima;
• Alumina (Al2O3): de acordo com o tipo, aumenta ou diminui o ponto de fusão da
argila; reduz a plasticidade e a resistência mecânica, mas diminui as deformações;
aparece ordinariamente com teores de 10 a 40%;
• Álcalis: baixam o ponto de fusão e dão porosidade, facilitando a secagem e o
cozimento; reduzem a plasticidade; o teor de álcalis é da ordem de10%;
• Cálcio: age como fundente e clareia a cerâmica;
• Sais solúveis: são perniciosos, pois provocam a eflorescência no material cerâmico.
• Cal (CaO): tem geralmente um teor abaixo de 10%;
• Magnésia (MgO): não ultrapassa 1%;
• Água:
a) Água de constituição (absorvida ou de inchamento): faz parte da
estrutura das moléculas);
b) Água de plasticidade: adere às superfícies das partículas
coloidais;
c) Água de capilaridade (livre ou de poros): preenche os poros e
vazios.
2.6.6 - Classificação
• Quanto à estrutura: as argilas são subdivididas em cinco grupos, de acordo com
sua estrutura: alofana, caolinita (ou caulinita), ilita, montmorilonita e vermiculita:
a) Grupo da alofana: é o único grupo de argilo-minerais amorfos, quando
analisados através dos raios X. É possível que o arranjo das unidades
tetraédricas de octaédricas de alumínio não seja suficientemente regular para

permitir a difração das unidades individuais. Em geral, os minerais desse grupo
não possuem forma e composição química definidas e as propriedades são muito
varáveis;
b) Grupo da caulinita: os minerais desse grupo, com fórmula química geral
Al4 (S4O10) (OH) 8 , cristalizam nos sistemas monoclínico e triclínico. Os
principais são: caulinita, dickita, anauxita e aloisita. A estrutura geral consiste
em uma camada simples de tetraedros de sílica e uma camada simples de
octaedro de alumina, combinadas de tal modo, que as extremidades dos
tetraedros de sílica e uma das camadas octaédricas de alumina formam uma
camada comum. Todas as extremidades dos tetraedros de sílica apontam para o
mesmo sentido e para o centro da unidade constituída de sílica e camadas
octaédricas. Da aloisita existem as formas aloisita 2H2O e aloisita 4H2O. A
última, em temperaturas elevadas, desidrata-se para a primeira, de forma
irreversível, pela perda de moléculas de água situadas entre as camadas
estruturais. Ao microscópio eletrônico a aloisita 4H2O apresenta-se com forma
tubular, a qual, na passagem para aloisita 2H2O, durante o aquecimento,
freqüentemente se rompe. Provavelmente os argilo-minerais mais comuns
pertencem a esse grupo e formam-se, principalmente, pela alteração dos
feldspatos, feldspatóides e outros silicatos, durante o intemperismo químico e
também hidrotermalmente, ao redor de zonas mineralizadas.
c) Grupo da ilita: a fórmula química geral é KyAl4 (Si8-y) (OH) 8, onde y é
menor que 2, geralmente entre 1 e 1,5. Quanto à composição, assemelha-se à da
muscovita, tendo mais sílica e menos potássio. Sua estrutura é similar à da mica
e cristaliza-se no sistema monoclínico. Os principais minerais desse grupo são:
glauconita, bramalita, jengita, celadonita e hidromicas. São comuns em
folhelhos e argilitos e formam-se diretamente durante o intemperismo químico
ou durante o diagênese dos sedimentos, a partir da alteração de outros argilo-
minerais.

d) Grupo da montmorilonita: também denominado grupo da esmectita, inclui,
entre outros minerais, a montmorilonita, a esmectita, a saponita e a hectorita. A
composição química é complexa, contendo, além da sílica, alumínio e magnésio,
quantidades variáveis de cálcio, sódio e ferro. Os minerais desse grupo ocorrem
em partículas extremamente pequenas, o que dificulta o reconhecimento de sua
estrutura, quando analisados pelos raios X. pertencem ao sistema monoclínico.
Possuem a propriedade de entumescerem quando absorvem água e líquidos
orgânicos, entre as camadas estruturais. O termo bentonita foi aplicado pela
primeira vez a uma argila plástica encontrada em camadas cretáceas, próximas a
Fort Benton, Wyoming, E.U.A. possui, como já mencionado, a capacidade de
entumescer, aumentando o volume de até 30 vezes, quando colocada na água.
Nessa e em outras localidades onde foi encontrada, a bentonita forma-se a partir
da decomposição de cinzas vulcânicas. Atualmente, o termo bentonita é usado
para designar argilas altamente coloidais e plásticas, com capacidade de
entumescimento.
e) Grupo da vermiculita: a forma química geral é
(Mg, Fe3
, AL)6 [(Al, Si)8 O20]. 8 H2O e, estruturalmente, possui certas
características semelhantes às do talco. No estado natural, o mineral apresenta
uma alternância de camadas de mica e camadas duplas de água. Também
pertence ao sistema monoclínico. Possui a propriedade de expandir-se
rapidamente, perpendicularmente aos planos de clivagem, quando aquecida,
aumentando freqüentemente dez vezes o volume original. No aquecimento, em
temperaturas de 500ºC, dá-se à saída de água existente entre as camadas
estruturais e, quando umedecida, em temperatura ambiente, o mineral
rapidamente se rehidrata de biotita, ocorrendo desde partículas de tamanho
diminuto até placas centimétricas.

• Quanto ao emprego:
a) Infusíveis: praticamente constituídas de caulim puro;
b) Refratárias: não deformam a temperatura de 1500ºC e têm baixo
coeficiente de condutibilidade térmica (usadas para revestimentos de
fornos);
c) Fusíveis: são as mais importantes; deformam-se e vitrificam-se a
temperaturas inferiores a 1200ºC.
• Quanto à plasticidade:
a) Gordas: rica em material argiloso e pobre em desengordurantes
(apresentam alta plasticidade);
b) Magras: pobres em material argiloso e ricas em desengordurantes.
• Quanto à localização:
a) Residuais: argilas encontradas no próprio local onde foram
formadas;
b) Transportadas ou sedimentares: argilas arrastadas e depositadas
em outros lugares por ação da água (a argila fica estratificada) ou do
vento (a argila fica porosa – processo denominado loess)
(SANTOS,1989).
2.6.7 – Propriedades da cerâmica
É bastante extensa a faixa de variação das propriedades das cerâmicas,
dependendo da constituição, cozimento e moldagem, dentre outros:
• Em relação ao peso: Há cerâmicas que são mais leves que a água, e outras de
grandes pesos.
• Volume aparente: É o volume de água deslocado por uma peça já saturada por 24hs
de imersão.
• Peso específico aparente: É a relação entre o peso da peça seca ao ar e o seu volume
aparente.

• Resistência ao desgaste: Depende muito da quantidade de vidro formado.
• Absorção de água: Depende da compactação, da constituição da temperatura e do
tempo de queima, onde ocorre o início da vitrificação da peça.
• Porosidade: É mostrada através do aumento de peso que a peça apresenta após 24h
de imersão em água.
• Resistência: Depende da homogeneidade, granulometria e é melhor ainda quando o
cozimento e feito na temperatura e no tempo certos.
• Resistência mecânica: Depende muito da quantidade de água usada na moldagem.
2.6.8 - Fabricação
A fabricação das peças cerâmicas compreende diversas fases: exploração das
jazidas, o tratamento prévio da matéria prima, a homogeneização, secagem e a queima.
Antes de iniciar a exploração das jazidas de argila, é necessário um estudo completo das
características e do volume disponível do material. No estudo qualitativo são analisadas: a
composição (teor em material argiloso), a pureza, as características físicas e o
comportamento durante a secagem e cozimento da matéria prima. Ele é importante, pois
define os produtos finais obtidos, as correções a serem feitas e o equipamento a ser
utilizado na extração. O valor comercial da jazida é estimado principalmente em função da
quantidade e da qualidade do material disponível, também são levados em consideração à
facilidade de acesso, localização, transporte e se há água disponível.
No estudo dos serviços de extração são analisadas as terras de má qualidade que
recobrem a jazida, de forma a se eliminar este material inútil, a tonelagem a ser extraída, o
tratamento ulterior da argila, a sua consistência natural, e os recursos mecânicos disponíveis
em função da produção diária. O plano de trabalho estuda a formação da jazida, a
topografia da área, a profundidade a ser alcançada e, com um especial cuidado o
escoamento das águas e a colocação dos escombros. As escavações podem ser de 2 tipos:
por sangas, onde se coloca a argila por cima do material inútil, ou por rampas, que só é feita
quando a topografia do local o permite. Neste tipo de escavação há grande facilidade para
escoamento das águas e eliminação dos escombros. As ferramentas para extração podem

ser simples pás e picaretas ou equipamento mecanizado, tais como escavadoras e tratores,
caminhões.
2.6.9 – Tratamento da argila
Compreende todos os processos: depuração, divisão, homogeneização e obtenção
da umidade adequada da matéria prima:
• Depuração: compreende a eliminação das impurezas que possam prejudicar o
material, tais como grãos duros, nódulos de cal, sais solúveis, que prejudicam o
tratamento mecânico posterior, dão origem a uma secagem anormal e tem ação
química prejudicial.
• Divisão: deve ter um grau tal que favoreça as operações posteriores para que elas
se realizem nas melhores condições. As argilas só necessitam serem reduzidas a
pequenos fragmentos. Porém os desengordurantes devem ser reduzidos a pó, o que
requer trituração e moagem prévia.
• Homogeneização: é condição essencial para a obtenção de um bom produto. A
argila e os desengordurantes devem misturar-se o mais intimamente possível e com
precisa quantidade de água, que facilita a homogeneização.
• Umidificação: Para as cerâmicas finas, quanto maior a quantidade de água na
pasta, mais fácil fica conseguir a homogeneização. Para cerâmicas de construção
devemos considerar que a quantidade de água misturada na pasta tem um limite,
pois a água deve ser eliminada depois, o que causa um aumento de custo.
Na escolha destes processos deve-se considerar que o material cerâmico é
disponibilizado a baixos preços no mercado o que torna inviável os tratamentos mais caros.
Existem também os processos naturais de tratamento, que englobam a mistura,
meteorização, amadurecimento, apodrecimento e levigação:

• Mistura: a argila é misturada com outras argilas, ou mesmo com desengordurantes,
visando às correções da plasticidade e de outras características necessárias:
• Meteorização: consiste em expor a matéria prima à ação dos agentes atmosféricos.
Ela é disposta em camadas alternadas com um desengordurante, numa espessura
total de 0,80m. Com a ação das chuvas, o material sofre desagregação, onde são
eliminados os sais solúveis, eliminam-se as piritas por oxidação e posterior
dissolução. É um processo barato, mas envolve a necessidade de grandes áreas
próximas à olaria.
• Amadurecimento: a argila é deixada em repouso, abrigada das intempéries, com a
umidade distribuída uniformemente na pasta.
• Levigação: é um processo de lavagem e purificação por decantação. É um processo
muito dispendioso, e só é empregado com argilas com determinado grau de pureza
para fabricação de peças especiais.
Os processos mecânicos de tratamento só são utilizados quando se querem
manipular grandes quantidades de matérias primas. As argilas são submetidas à ação de
moinhos (trituração), onde o material suficientemente fino é separado por peneiras
(granulometria), onde as partículas mais duras e grossas são retidas (peneiramento). O
material aproveitado é misturado em máquinas amassadoras e misturadoras, onde se obtém
a umidade desejada. Depois a argila é desintegrada graças às velocidades diferentes de
rolos laminadores e refinadores, e os grãos de pedras calcárias, os corantes ferruginosos,
pedriscos e impurezas são reduzidos a pó, misturando-se à massa, ao invés de se
apresentarem como corpos separados.

2.6.10 – Moldagem
A moldagem está estritamente relacionada com o teor de água da pasta de argila.
Mais água facilita a moldagem, no entanto será inevitável a contração na secagem e
deformações no cozimento, além do aumento de consumo de combustível. Hoje são
utilizadas técnicas de moldagem com pastas cada vez mais duras, sem prejuízo da
plasticidade. As pastas podem ser classificadas em:
• Brandas- 25% umidade
• Duras- 15% umidade
• Secas- 5-6% umidade
Os métodos de moldagem acompanham os tipos de pastas: o método de argila
mole, o de argila rija e a prensagem a seco. No processo de argila mole as peças são
moldadas à mão ou à máquina. Na moldagem mecânica são moldadas séries de 4 a 8 peças,
em marombas providas ou não de dispositivo de vácuo, que são forçadas por um parafuso
sem fim contra um bocal de forma ou prensas automáticas. Deve ser evitada qualquer
descontinuidade na pasta, o que ocasiona gretas e fissuras durante secagem e posterior
cozimento (SANTOS, 1989).
2.6.11 – Secagem
Ao sair dos moldadores, os produtos cerâmicos contêm cerca de 7% a 30% de
umidade, dependendo do sistema de moldagem utilizado. Parte desta umidade é removida
na secagem e o que sobra é removida no cozimento. A secagem consiste na eliminação de
umidade na superfície do material por evaporação e por difusão da parte interna. A
secagem natural de alguns produtos cerâmicos específicos, deve ser feita em lugares bem
aerados, mas que não tenham acesso aos ventos e aos raios de sol.
Durante a secagem, os materiais cerâmicos devem ser empilhados, pois o contato das faces
com materiais absorventes, pode originar distorções.

2.6.12 - Queima
Durante a queima correm transformações estruturais na argila, onde cada produto
tem uma marcha de aquecimento e resfriamento. Se a queima é lenta, o produto final é de
maior qualidade, mas há excessivo gasto de combustível. A queima rápida é mais
econômica, mas dá origem a um produto final de qualidade inferior.
Ela pode ser feita em 3 ou 4 dias, e é dividida em 3 estágios:
• 1 - Desidratação
• 2 - Oxidação
• 3 – Vitrificação
Na desidratação a água contida nos poros é evaporada, com conseqüente queima
de parte do carbono. A velocidade deste processo depende da quantidade de água,
porosidade e textura da argila, mas deve se levar em conta que um rápido aquecimento
causa defeitos no material. Este período é completo para uma temperatura em torno de
700ºC. O segundo período se completa aos 900ºC, onde o material combustível é
consumido, o carvão e enxofre são eliminados e o óxido ferroso se oxida a óxido férrico. A
vitrificação (fechamento dos poros da argila pela queima) não ocorre nos tijolos comuns,
mas a temperatura é elevada até o início da mesma. Para a queima são utilizados fornos
contínuos ou intermitentes (SANTOS, 1989).
2.6.13 – Curvas de Gresificação
As curvas de gresificação apresentam variações de absorção de água, retração
linear e tensão de ruptura à flexão com a temperatura de queima, e serve para indicar a
temperatura onde o material começa a densificar ou gresificar, correspondendo ao ponto de
interseção entre a curva de absorção de água e retração linear.

2.7 - Análise Química de Argilas
A análise química costuma ser realizada pelo método clássico, que é demorado,
mas permite a obtenção de resultados bastante exatos. Ultimamente, com o
desenvolvimento de técnicas modernas, pode-se fazer a análise de argilas usando-se
métodos complexométricos e instrumentais, que estão sujeitos a restrições. As
determinações usuais são: umidade, perda ao fogo, SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, FeO, CaO,
MgO, Na2O, K2O, CuO, MnO, matéria orgânica, capacidade de troca de cátions e
identificação de cátions trocáveis. As determinações feitas pelo método clássico são as
seguintes:
• Determinação gravimétrica: umidade, SiO2, Al2O3, MgO, CaO(abaixo de 1%),
Na2O, K2O;
• Determinação volumétrica: Fe2O3(acima de 1%), FeO , TiO2(acima de 4%),
CaO(acima de 1%);
• Determinação colorimétrica: Fe2O3(abaixo de 1%) e TiO2(abaixo de 4%).
As determinações feitas pelo método instrumental e complexométrico são as
seguintes:
• Determinações espectrofotométricas : SiO2, TiO2 e Fe2O3;
• Determinações complexométricas: CaO, MgO e Al2O3;
• Fotômetro de chama: Na2O e K2O
• Umidade: As argilas geralmente contêm um teor variável de umidade, porém a
apreciação dos resultados da análise química deve ser feita sobre o material seco,
daí a importância dessa determinação.
• Perda ao Fogo: A perda ao fogo é, principalmente, devido às águas intercaladas, de
coordenação e zeolíticas, à água de hidroxilas dos argilominerais e também de
hidróxidos existentes, tais como Al(OH)3 e Fe(OH)3. Todavia, os componentes
voláteis da matéria orgânica, sulfetos, sulfatos e carbonatos, quando presentes são
incluídos nesta determinação.
• SiO2: O conteúdo de SiO2 obtido através da análise química é devido a silicatos e à
sílica livre. Os silicatos são os argiliminerais, as micas e os feldspatos. A sílica livre

é proveniente de quartzo (variedade cristalina), opala (variedade amorfa), ágata e
calcedônia (variedades criptocristalinas), e ácidos silícicos amorfos. Nas argilas
residuais, a sílica livre é devida principalmente a quartzo macroscópico, que é um
constituinte comum das rochas ígneas; nas argilas sedimentares, além de quartzo
microscópico, pode-se encontrar as formas amorfas e criptocristalinas se sílica.
• Al2O3: O alumínio existente numa argila está em sua maior parte, combinado
formando argilo-minerais, geralmente caulinita. Algumas argilas apresentam teor de
Al2O3 superior a da caulinita teórica que é de 39,8% provenientes também de
boemita, gibsita, diásporo ou cliaquita (hidróxido de alumínio amorfo), sendo,
portanto, altamente aluminosas e de interesse na fabricação de materiais refratários.
Alguns caulins primários costumam ter teores de Al2O3 superior a 39,8% devido à
remoção de sílica de caulinita por águas alcalinas de intemperismo.
• TiO2: Óxido de titânio ocorre em quase todas as argilas, sendo rutilo, ilmenita e
anatásio os minerais mais comuns. O último é o mineral que figura como o mais
resistente no intemperismo, sua presença indica geralmente origem sedimentar. O
rutilo se comporta semelhante ao anatásio quanto aos agentes de intemperismo e de
transporte, sendo também freqüente nas argilas sedimentares, especialmente argilas
refratárias e caulins sedimentares. Para quantidades baixas de TiO2(abaixo de 1%)
não há praticamente alteração nas propriedades tecnológicas da argila (Wilder e
Dodd, 1953); porém, quando os teores são elevados, problemas, como, por
exemplo, de cor cinzenta na argila, podem ser devido a óxidos de titânio.
• Fe2O3 e FeO: Hematita, limonita, lepidocrocita, goetita e pirita são os minerais de
ferro mais freqüentemente encontrados nas argilas e seus efeitos se fazem sentir
principalmente na alteração da cor da argila queimada e na redução da
refratariedade. Argilas livres de óxidos de ferro, quando calcinadas, dão um produto
de cor branca; com 1% de óxidos, a argila se torna amarela e a cor tende a se
intensificar com porcentagens maiores. Entretanto, deve-se notar que nem sempre
há proporcionalidade entre a cor e a quantidade de óxidos de ferro indicados pela a
análise química, devido ao fato de o ferro poder entrar em combinação com outros
componentes da argila, formando vidro, como no caso de argilas ricas em ilita ou
montmorilonita, onde o ferro faz parte do reticulado cristalino. Teores elevados de

ferro e baixos de sílica levam a cores negras porque principalmente se forma
magnetita e não há formação de vidros na queima.
• CaO e MgO: Óxidos de cálcio e magnésio são agentes fundentes e tendem a baixar
a refratariedade das argilas. São geralmente proveniente de calcita, dolomita, gipsita
e são raramente encontrados nas argilas cauliníticas do tipo refratário. A presença
de cálcio, principalmente em argilas montmoriloníticas, é, geralmente, na forma de
cátion trocável, se não estiverem presentes os minerais mencionados anteriormente.
• Na2O e K2O: Os álcalis encontrados nas argilas são quase que totalmente devido a
feldspatos, micas ou cátions trocáveis. São agentes fundentes e, portanto,
indesejáveis para materiais refratários, porém são fundamentais para a vitrificação
de porcelanas e outros produtos de cerâmica branca. Geralmente o teor de K2O nas
argilas é bem mais elevado que o de Na2O, porque minerais micáceos são mais
resistentes ao intemperismo.
• Matéria Orgânica: Confere um caráter plástico muito desejável devido ao fato de
os ácidos húmicos agirem como colóides protetores hidrofílicos das partículas de
argilo-minerais. A matéria orgânica tem influência sobre a capacidade de troca de
cátions, de ordem de 150 a 200meq / 100 g de argila. A matéria orgânica encontrada
nas argilas ocorre na forma de linhito, ceras e derivados do ácido húmico. Sua
determinação pode ser feita por três processos: combustão a seco, oxidação com
água oxigenada e oxidação com solução de dicromato de potássio (NETO, 2000).
2.8 - Indústria
2.8.1 – Processo Produtivo
O processo de produção da Indústria Cerâmica Santa Rosa é constituído por um
caixão alimentador com destorroador seguido de um misturador, laminador, extrusão
através da maromba e em seguida cortadeira, saindo para secagem e posteriormente queima
conforme mostra a Figura 2.12 abaixo:

Figura 2.12 – Fluxograma do processo de cerâmica vermelha

2.8.2 - Argilas estudadas na Cerâmica Santa Rosa
A matéria prima da indústria em estudo é composta por duas argilas e uma areia
fina, sendo as argilas uma magra e outra plástica. Essas argilas foram caracterizadas e os
resultados serão mostrados no capítulo seguinte que trata das análises de laboratório.
O estoque é feito em camadas tipo sanduíche com as seguintes frações: 11% de
areia fina, 26% de argila magra e 61% da argila mais plástica. O estoque é feito para um
período de 6 a 8 meses. A Figura 2.13, mostra o estoque tipo sanduíche com uma prancheta
de mão como escala (NERI, 1998).
Figura 2.13 - Estoque de argila da Indústria Cerâmica Santa Rosa
A camada superior de coloração mais avermelhada é a areia fina, a camada logo
abaixo é a argila mais plástica e a camada abaixo dessa é a argila magra de coloração clara.
Os comentários sobre cada uma dessas argilas serão feitos no próximo capítulo. Na base
novamente a argila mais plástica misturado com a goma (NERI, 1998).

2.8.3 – Etapas de Produção
2.8.3.1 - Caixão Alimentador
Máquina destinada à alimentação constante da argila no processo de fabricação.
Sua estrutura de elevada resistência permite a instalação de um volume considerável de
argila sobrepostos que ampliam a capacidade de armazenagem, evitando perdas de argila. O
movimento da argila é feito através de uma esteira de aço, com roletes de apoio que garante
uma produção segura. Neste ponto as argilas já estão misturadas e falta somente fazer a
homogeneização.
2.8.3.2 - Misturador
Destina-se a preparação de argila antes de ser extrusada. São máquinas que
simultaneamente amassam, umedecem e homogeneizam a argila. Possui sistema de pás
confeccionadas com aço mola, sua fixação é através de parafusos e porcas no suporte do
eixo. Por trabalhar com eixos duplos e, sistema de rotação inversa, possibilita além da
homogeneização da massa a quebra dos torrões antes de serem processados no laminador.
Este equipamento possui na sua estrutura um sistema de tubulação d’água, para fazer a
correção de umidade da argila.
2.8.3.3 - Laminador
Este fica logo abaixo do misturador e é destinado ao processo cerâmico,
completando a homogenização da argila. Fracionando os pedriscos, laminando-os e
misturando-os a massa cerâmica, o que evita as perdas na produção e proporciona produtos
com melhor acabamento. A laminação total da argila é obtida com velocidades diferentes
nos cilindros laminadores. Mas ao mesmo tempo em que ocorre a laminação, há o atrito de
deslizamento. Uma laminação boa implica em produtos bem acabados e uma redução no
consumo de energia para queima visto que a granulometria diminui.

2.8.3.4 – Maromba
Este equipamento é recomendado para fabricação de tijolos aparentes, bem como
para bastões e telhas que necessitam de uma massa mais homogenia e uniforme. Possui
dois caracóis, sendo o primeiro no recebimento da argila e o segundo para a extrusão.
Através do primeiro caracol o material é transportado para a câmara de vácuo principal,
passando antes por um grelha-filtro, que reduzirá a granulométrica do material conforme a
abertura da grelha utilizada. Nesta industria aplica-se na produção de tijolos furados. Com
sua construção mecânica desenvolvida para obter custo de manutenção, com altos
rendimentos no produto final. Por suas características econômicas é a extrusora para
cerâmicas de pequeno porte.
2.8.3.5 – Cortador
Destinado a executar cortes sincronizados e precisos junto ao fluxo da extrusora.
Diferencia-se dos cortadores tradicionais, devido ao seu sistema de corte horizontal,
eliminando as rebarbas e deformações nos elementos de argila.
2.8.3.6 - Secadores
A indústria faz dois tipos de secagem uma natural que no verão se faz em até seis
dias, podendo chegar a até duplicar este tempo no inverno. O outro tipo de secagem é a
artificial onde existem quatro secadores com ventilação forçada e calor aproveitado da
queima dos fornos (chegando aos secadores através de canais). Nestes secadores o tempo
de secagem vai depender do calor recebido dos fornos, variando de dois a três dias.
2.8.3.7 – Fornos
Os fornos são usados para a queima dos produtos. A temperatura deve ser
monitorada e atinge cerca de 960ºC. O controle da queima é feito através de planilhas que
orientam o queimador para seguir uma dada velocidade de queima dependendo da situação
que o material é enfornado.

2.8.3.8 – Torre de lavagem dos gases de exaustão
A finalidade da torre de lavagem e diminuir ao máximo os gases poluentes
oriundos da queima a lenha. O princípio do funcionamento de uma torre é fazer passar água
contra corrente ao sentido dos gases de exaustão, retirando por adsorção, parte dos
poluentes, principalmente partículas coloidais. A Figura 2.14 ilustra um tipo de lavador de
gases.
Figura 2.14 - Torre de lavagem dos gases de exaustão
A indústria cerâmica Santa Rosa tem 7 (sete) fornos intermitentes e queima um a
cada vez, visto que o lavador não consegue fornecer a vazão necessária para dois fornos
funcionando ao mesmo tempo. A Figura 2.15 mostra os canais por onde passam os gases de
exaustão que irão para o lavador. Esses canais são os mesmos que levam o calor para os
secadores puxados por um exaustor. (NERI, 1998).

Figura 2.15 - Representação esquemática dos canais por onde passam os gases de
exaustão para os secadores.

Dissertação de Mestrado – PPGEQ/UFRN –Natal/RN - Brasil
Capítulo 3
Metodologia

Dissertação de Mestrado – PPGEQ/UFRN –Natal/RN - Brasil
3 – Metodologia
3.1 – Materiais
O forno intermitente utilizado na obtenção do perfil térmico é retangular,
reversível, com capacidade para 15.000 (quinze mil) peças (tijolos 0,18 x 0,18 x 0,08 m),
possuindo as seguintes dimensões:
• Altura (centro da abóbada): 2,40 m;
• Largura interna (base): 3,45 m;
• Comprimento (interno): 11,00 m.
Utilizamos 10 pontos de coleta de temperatura distribuídos no centro, nas portas
do forno e na base da chaminé. Os seguintes materiais foram utilizados na coleta dos dados:
• 10 (dez) termopares SALCAS
de isolação mineral, tipo K, bainha em aço inconel
600, diâmetro 6 mm, comprimento 1200 mm, sem rosca, completo com cabeçote.
• 1 (um) medidor de vazão de gás, tipo rotativo, marca DMD-Dresser, modelo G65,
corpo e lóbulos em alumínio, leitura em metros cúbicos (m3
).
• 2 (dois) indicadores de temperatura, com seleção para até 5 canais, tipo “push-
botton”, escala de 0 a 1300°C, para termopar tipo K e alimentação 220 VCA 60 Hz.
• 4 (quatro) queimadores atmosféricos EQA, modelo 93-4, capacidade unitária de
500.000 kcal/h, de acendimento manual.
• 36 (trinta e seis) botijões de GLP, tipo P190 (devido à falta de uma rede de GNC).
3.2 - Matérias-primas
Foram estudadas 05 (cinco) argilas de ocorrência no município de Ceará-Mirim
no estado do RN, onde as amostras AM-02, AM-04 e AM-05 são usadas atualmente como
matéria-prima na Indústria Cerâmica Santa Rosa Ltda.

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