Ar falso: Impactos e Estratégias de Controle em Fábricas de Cimento

A implementação de monitoramento contínuo, manutenção preventiva e correções pontuais pode gerar ganhos significativos de eficiência e segurança, reduzindo custos operacionais e aumentando a produtividade.

O ar falso ocorre principalmente devido a vedações desgastadas, vazamentos em portas de inspeção, dutos corroídos, juntas de expansão mal conservadas, válvulas defeituosas ou portas de inspeção com vedação inadequada. Embora não participe diretamente do processo ou do balanço térmico, o ar falso precisa ser aquecido, filtrado e ventilado, acabando por sobrecarregar os sistemas e comprometer o desempenho da planta.

Impactos do Ar Falso na Indústria

O ar falso representa um problema significativo para a indústria, uma vez que suas implicações negativas impactam diversos aspectos do funcionamento e da eficiência dos processos industriais.

Primeiramente, a redução da eficiência térmica é uma das consequências mais evidentes. Como o ar infiltrado na câmara de combustão precisa ser aquecido, ele aumenta consideravelmente o consumo de calor – podendo chegar a um adicional de até 60 kcal por quilograma de clínquer a cada 10% de ar falso presente. Isso não apenas eleva os custos energéticos, mas também compromete a eficiência geral do processo de produção.

Além disso, a presença de ar infiltrado leva ao resfriamento do gás de processo, prejudicando a qualidade do clínquer produzido. Essa perda de energia térmica afeta diretamente a eficiência dos ciclones utilizados na separação e classificação dos materiais, podendo ocasionar uma redução de até 6% na eficiência desses equipamentos. Tal diminuição acarreta aumento na necessidade de energia e insumos para manter os níveis de produtividade, elevando os custos operacionais.

Outro impacto relevante é o aumento do consumo de energia dos ventiladores. Para compensar a entrada de ar não controlada, os sistemas de ventilação precisam trabalhar com maior capacidade, elevando os custos energéticos em torno de 4,5% quando há cerca de 8% de ar falso na instalação. Esse incremento não só representa um custo adicional, mas também pode reduzir a vida útil dos equipamentos devido ao esforço adicional a que são submetidos.

Além disso, o esforço adicional dos ventiladores pode causar um aumento significativo no nível de ruído. Este barulho excessivo não só perturba o ambiente de trabalho, mas também pode exigir medidas adicionais de controle de som, como a instalação de barreiras acústicas, para proteger a saúde auditiva dos trabalhadores e cumprir as regulamentações de segurança ocupacional.

O ar falso também desestabiliza o fluxo de ar dentro dos sistemas de processamento, dificultando o controle da combustão e da queima. Essa instabilidade operacional pode levar a variações no desempenho dos fornos e outros equipamentos, dificultando a manutenção de condições ideais de produção e, consequentemente, comprometendo a qualidade final do produto.
 

Estratégias de Controle e Eliminação do Ar Falso

Para garantir o controle eficiente do ar falso, é fundamental implementar uma série de estratégias que visem reduzir as fontes de vazamentos e monitorar continuamente o sistema. A manutenção de vedações, portas e juntas de válvula desgastadas por materiais de alta temperatura é uma medida crucial para evitar entradas indesejadas de ar. Essa ação ajuda a manter a integridade estrutural e térmica, prevenindo vazamentos que comprometem a eficiência do processo. Manter essas aberturas bem vedadas evita entradas não planejadas de ar externo, contribuindo para a estabilidade do sistema e a redução do ar falso.

A adoção de manutenção preventiva, seguindo boas práticas e benchmarks do setor, é essencial para manter o sistema em condições ideais, com o objetivo de manter o ar falso abaixo de 5% do fluxo de gás total.

Além disso, a aplicação de selantes e materiais refratários em juntas de expansão constitui uma prática eficaz para impedir vazamentos, especialmente em regiões sujeitas a altas temperaturas e movimentações. Essa camada adicional de vedação garante maior estanqueidade e diminui o risco de infiltrações que alimentam o ar falso.

Importante é a instalação de sensores de oxigênio, que permitem um monitoramento ativo da concentração de O2 nos sistemas de exaustão. Esses equipamentos oferecem dados em tempo real, possibilitando ações corretivas imediatas quando os níveis de oxigênio ultrapassam os limites aceitáveis, e ajudando na manutenção contínua da eficiência do controle de vazamentos.

Ar Falso na Entrada do Forno: Impactos Térmicos e Decisões de Processo

O ar falso na entrada do forno é um problema que pode distorcer significativamente o balanço térmico do sistema, levando a decisões de processo equivocadas e a uma avaliação imprecisa da eficiência. Apesar de muitas vezes ser subestimado ou ignorado, o ar falso pode ter impactos profundos no desempenho do pré-aquecedor e na eficiência global do processo.

Impactos do Ar Falso na Entrada do Forno

A entrada de ar falso no forno pode causar uma série de problemas técnicos e operacionais, incluindo: 

Eficiência do Pré-aquecedor Superestimada:

• O ar falso dilui os gases de combustão, reduzindo a temperatura efetiva no pré-aquecedor. Isso pode levar a uma superestimação da eficiência do pré-aquecedor, já que o sistema parece estar operando de forma mais eficiente do que realmente está;
• A presença de ar falso pode mascarar problemas reais de eficiência, como falhas na transferência de calor ou vazamentos no sistema.

Perda de Calor Específica Subestimada:

• O ar falso aumenta o volume de gases que precisam ser aquecidos, elevando o consumo de combustível. No entanto, essa perda de calor específica pode ser subestimada nos cálculos térmicos, já que o ar falso não é contabilizado corretamente. Isso resulta em uma avaliação incorreta do desempenho térmico do forno, levando a decisões de processo baseadas em dados imprecisos;

Decisões de Processo Equivocadas:

• Com uma eficiência superestimada e uma perda de calor subestimada, as decisões de processo podem ser tomadas com base em informações distorcidas. Isso pode incluir ajustes inadequados no fluxo de combustível, na taxa de alimentação de matérias-primas ou na configuração do sistema de ventilação, resultando em perdas de eficiência e aumento de custos operacionais;

Por que o Ar Falso é Fácil de Ignorar?

O ar falso muitas vezes é negligenciado porque é considerado "apenas uma suposição" nos cálculos térmicos. No entanto, essa suposição pode distorcer todo o quadro térmico do sistema, levando a uma interpretação incorreta do desempenho do forno.

Como Identificar e Corrigir o Ar Falso no Forno?

 ENOTEC: Soluções essenciais para sua Fábrica de Cimento

Para evitar os impactos negativos do ar falso na entrada do forno, é essencial adotar medidas de detecção e correção:

Medições Contínuas de Ar Falso:

Medições contínuas de ar falso identificam vazamentos e quantificam a entrada de ar não controlado.

De acordo com as boas práticas industriais, recomenda-se estabelecer um cronograma de inspeções periódicas para garantir a eficiência no controle do ar falso e a segurança operacional.

• Mensalmente, deve-se realizar a verificação de juntas de dutos, portas de acesso e vedações, identificando e corrigindo possíveis vazamentos em estágio inicial;
• Trimestralmente, é essencial realizar o monitoramento do teor de oxigênio em todos os sistemas, permitindo uma rápida detecção de aumentos índices de ar infiltrado;
• Semestralmente, inspeções termográficas completas devem ser conduzidas para identificar pontos de vazamento ou falhas que possam não ser visíveis a olho nu;

Por fim, recomenda-se a realização de auditorias abrangentes de vazamentos de processo anualmente, assegurando a adequação das ações corretivas e a manutenção da eficiência do sistema de controle de ar falso.

Dados de Oxigênio em Tempo Real:

• Instale sensores de oxigênio em pontos estratégicos, como na caixa de fumaça do forno e a saída do pré-aquecedor, para monitorar em tempo real a concentração de O2;
• Combine esses dados com medições periódicas de ar falso para validar modelos térmicos.

Ajustes no Fluxo de Ar:

Durag: Soluções Completas para Monitoramento em Fábricas de Cimento

Ar falso em Moinhos de Carvão: Causas, Impactos e Soluções

Em sistemas de moagem de carvão e petcoke, a presença de ar enriquecido com oxigênio devido ao ar falso cria condições perigosas. Quando as concentrações de oxigênio ultrapassam 12%, aumentam significativamente os riscos de explosões, colocando em risco a segurança das instalações e dos trabalhadores. Assim, a prevenção do ar falso é essencial para garantir não apenas a eficiência produtiva, mas também a segurança operacional na indústria.
 

Impactos do Ar Falso em Moinhos de Carvão

A presença de ar falso no sistema de moagem de carvão pode causar diversos problemas operacionais e de segurança:

• Risco de Explosão: O ar falso pode elevar a concentração de oxigênio no sistema, criando uma atmosfera explosiva quando misturado com poeira de carvão fina;
• Redução da Eficiência de Moagem: O ar falso reduz a exposição do carvão à moagem, resultando em tamanhos de partículas inconsistentes e menor qualidade do produto final;
• Aumento do Consumo de Energia: O moinho precisa trabalhar mais para manter a pressão e o fluxo de ar, elevando o consumo de energia;
• Desgaste Acelerado de Componentes: O ar falso pode causar desgaste irregular em peças críticas, como revestimentos, rolos e rolamentos, aumentando a necessidade de manutenção;
• Problemas de Temperatura: O ar falso pode perturbar o equilíbrio térmico dentro do moinho, afetando os processos de moagem e secagem.

Soluções para Reduzir ou Eliminar o Ar Falso

Para mitigar os impactos do ar falso em moinhos de carvão, é essencial adotar medidas preventivas e corretivas:

• Inspeção e Substituição de Vedações: Verifique e substitua regularmente as vedações na entrada e saída do moinho para evitar a entrada de ar externo;
• Vedação de Dutos e Filtros: Certifique-se de que todos os dutos e filtros estejam devidamente vedados e em boas condições;
• Monitoramento de Fluxo de Ar e Pressão: Utilize sensores para monitorar em tempo real a pressão, o fluxo de ar e a temperatura, detectando problemas de ar falso antes que se tornem críticos;
• Ajuste das Configurações de Fluxo de Ar: Certifique-se de que o fluxo de ar e a pressão estejam ajustados corretamente para evitar a entrada de ar externo;
• Inertização com Nitrogênio ou CO2: Em sistemas de moagem de carvão, a inertização com nitrogênio ou CO2 pode ser usada para evitar a formação de atmosferas explosivas;
• Treinamento de Operadores: Capacite a equipe para identificar sinais de ar falso e agir rapidamente, evitando reparos caros e tempo de inatividade desnecessário.

Ar falso em Moinhos de Bolas de Cimento: Causas, Impactos e Soluções

Diferente do ar que circula intencionalmente para auxiliar na moagem e secagem, o ar falso perturba o equilíbrio do fluxo de ar, reduzindo a eficiência do processo e gerando uma série de problemas operacionais.
 

Impactos do Ar Falso em Moinhos de Bolas 

• Moagem Menos Eficiente: O ar falso reduz a exposição do material à moagem, resultando em tamanhos de partículas inconsistentes e menor qualidade do cimento;
• Aumento dos Custos de Energia: O moinho precisa trabalhar mais para manter a pressão e o fluxo de ar, elevando o consumo de energia;
• Desgaste Acelerado de Componentes: O ar falso pode causar desgaste irregular em peças críticas, como revestimentos, rolos e rolamentos, aumentando a necessidade de manutenção;
• Problemas de Temperatura: O equilíbrio térmico dentro do moinho é afetado, prejudicando os processos de moagem e secagem. 

Como Corrigir e Evitar o Ar Falso 

• Inspeção e Substituição de Vedações: As vedações do moinho são a primeira linha de defesa contra o ar falso. Inspecione e troque as vedações regularmente, especialmente em pontos críticos como entrada e saída;
• Vedação de Dutos e Filtros: Certifique-se de que todos os dutos e filtros estejam devidamente vedados e em boas condições. Pequenos vazamentos podem causar grandes perdas de eficiência;
• Monitoramento de Fluxo de Ar: Utilize sensores para monitorar em tempo real pressão, fluxo de ar e temperatura, permitindo detectar problemas de ar falso antes que se tornem críticos;
• Ajuste das Configurações de Fluxo de Ar: Garanta que o fluxo de ar e a pressão estejam ajustados corretamente para evitar entrada de ar externo;
• Treinamento de Operadores: Capacite a equipe para identificar sinais de ar falso e agir rapidamente, prevenindo reparos caros e desativações desnecessárias. 
• O ar falso em moinhos de bolas de cimento é um problema que pode comprometer significativamente a eficiência do processo de moagem, aumentar os custos operacionais e reduzir a qualidade do produto final. A implementação de práticas de manutenção preventiva, o uso de sensores para monitoramento contínuo e o treinamento adequado da equipe são estratégias essenciais para minimizar a entrada de ar falso e garantir a operação eficiente do moinho. 

Equipamentos de Medição Contínuos

Sonda para Caixa de fumaça

https://www.c2ebrasil.com.br/blog/cemtec-revolucionando-a-analise-de-gases-em-condicoes-extremas

OXITEC

Mc ON Air

https://youtu.be/EOVIHruaLPU

Equipamentos de Medição Portáteis

A medição de ar falso é possível apenas durante a operação na linha de produção, exigindo o uso de equipamentos de proteção pessoal (EPIs), especialmente em áreas de alta temperatura, como na máquina pré-aquecedora. Além disso, equipamentos especializados são utilizados para detectar e quantificar vazamentos de ar falso.

Analisadores Portáteis de Oxigênio

Analisadores portáteis de oxigênio são dispositivos essenciais para a medição do teor de oxigênio nos gases de exaustão. Eles devem ser calibrados corretamente para garantir a precisão das medições. É crucial que o fluxo do analisador de gases portátil seja suficiente para extrair os gases da localização de medição.

Por exemplo:

• Após o ventilador com fluxo ≥ 90 m³/linha de ar;
• Após o pré-aquecedor com fluxo ≥ 110 m³/linha de ar.

Ultrasonic Leak Detector (Drager 100)

O Ultrasonic Leak Detector Drager 100 é um equipamento utilizado para detectar vazamentos de ar por meio da captação de sons ultrassônicos gerados pela passagem de ar através de fissuras ou aberturas. Este dispositivo é altamente sensível e permite a identificação de vazamentos mesmo em ambientes ruidosos, onde métodos convencionais podem falhar.

Funcionamento:

1. O detector capta as ondas ultrassônicas geradas pelo fluxo de ar através de vazamentos;
2. O equipamento converte esses sinais em frequências audíveis, permitindo ao operador localizar precisamente o ponto de vazamento;
3. É particularmente útil em sistemas pressurizados, onde o ar falso pode escapar por pequenas aberturas não visíveis a olho nu.

Smoke Generator (Drager FlowCheck Sage Smoke Pen)

O Smoke Generator Drager FlowCheck Sage Smoke Pen é um dispositivo que gera fumaça para visualizar o fluxo de ar e identificar vazamentos em sistemas de ventilação e exaustão. A fumaça é inofensiva e permite a detecção visual de pontos de infiltração de ar falso.

Funcionamento:

1. O gerador produz uma fumaça densa que é introduzida no sistema de ventilação ou exaustão;
2. A fumaça segue o fluxo de ar, revelando pontos de vazamento onde o ar falso está entrando;
3. É especialmente útil em sistemas complexos, onde a localização de vazamentos pode ser difícil com métodos convencionais.

Impacto Ambiental do Ar Falso em Plantas de Cimento

O ar falso não é apenas um problema operacional e financeiro, ele também tem um impacto ambiental significativo. A entrada de ar não controlado em sistemas de processo, como fornos rotativos e moinhos de bolas, aumenta o consumo de combustível e, consequentemente, as emissões de gases poluentes, contribuindo para a pegada de carbono das plantas de cimento.
 

Como o Ar Falso Impacta o Meio Ambiente?

A presença de ar falso em sistemas de produção de cimento tem os seguintes efeitos ambientais:

• Aumento do Consumo de Combustível: Um aumento de 1% no teor de oxigênio em um forno rotativo pode levar ao uso extra de 8.000 toneladas de coque de petróleo por ano em um forno de 9.000 toneladas por dia;
• Emissões de CO2: O aumento do consumo de combustível resulta em maiores emissões de dióxido de carbono (CO?), um dos principais gases de efeito estufa responsáveis pelo aquecimento global;
• Pegada de Carbono Aumentada: O ar falso contribui para elevar a pegada de carbono da planta, tornando-a menos sustentável e mais prejudicial ao meio ambiente;
• Impacto na Qualidade do Ar: Além do CO?, a queima excessiva de combustível pode aumentar as emissões de NOx e SOx, que prejudicam a qualidade do ar e a saúde pública.
   

Benefícios Ambientais da Redução do Ar Falso 

Ao reduzir o ar falso, as plantas de cimento podem alcançar os seguintes benefícios ambientais:

• Redução das Emissões de CO?: Menos combustível queimado significa menos gases de efeito estufa;
• Menor Pegada de Carbono: A redução do consumo de combustível e das emissões contribui para uma operação mais sustentável;
• Melhoria da Qualidade do Ar: A redução das emissões de NOx e SOx melhora a qualidade do ar nas áreas circundantes, beneficiando a saúde pública;
• Cumprimento de Normas Ambientais: A redução do ar falso ajuda as plantas a atenderem às regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas, evitando multas e sanções.

Conclusão

O ar falso, embora invisível, representa uma ameaça silenciosa e de grande impacto para a eficiência, segurança e sustentabilidade das plantas de cimento. Sua presença compromete a combustão, eleva o consumo energético e pode criar condições de risco, como explosões. Ainda assim, muitas operações negligenciam sua detecção ou não adotam rotinas de monitoramento regular, perpetuando perdas e perigos. Investir em diagnóstico contínuo, manutenção preventiva e ações corretivas é fundamental para otimizar recursos, garantir a segurança e atender às crescentes exigências ambientais.