comparação do custo da energia de fusão do vidro entre

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COMPARAÇÃO DO CUSTO DA ENERGIA DE FUSÃO DO VIDRO
ENTRE DIFERENTES TIPOS DE FORNO.
Miguel ZORROZUA – Vitrum Tech Engenharia Ltda.
[email protected]
RESUMO
A parcela crescente do custo da energia de fusão do vidro no custo de
produção, devido ao aumento do preço dos insumos energéticos, tem
redobrado o interesse da indústria por esse fator. Por outro lado a
evolução provável dos preços relativos das fontes de energia
modificará a competitividade energética dos diferentes tipos de forno,
influenciando decisões estratégicas de investimento.
Avaliam-se os custos atuais da energia necessária para a fusão dos
vidros industriais em cada tipo de forno a patamares de produção
variáveis. São adotadas condições uniformes de preço dos
energéticos bem como os melhores níveis, tecnológico e de
capacidade de fusão, disponíveis para cada tipo de forno em
competição, no início de suas campanhas.
A sensibilidade da competitividade energética das diferentes técnicas
de fusão à variação dos preços relativos entre insumos do tipo
“commodities”, como os derivados do petróleo, e “locais”, como a
energia elétrica o gás natural e o oxigênio, é abordada.
Disponibiliza-se uma planilha destinada à estimativa do custo real da
energia de fusão de vidros sodo-cálcicos para condições particulares
de preço dos insumos e de características da produção.
Observam-se a aplicabilidade e as vantagens relativas dessas opções
em alguns casos típicos freqüentes.
BASES DAS COMPARAÇÕES
Tipos de forno
Quatro tipos de forno são considerados:
•
com regeneradores,
•
com recuperador(es) metálico(s),
•
a oxigênio,
•
elétrico.
Os fornos com regeneradores utilizam o ar atmosférico como
comburente, a queima é descontinuada pela inversão periódica e
2
concomitante do combustível e do ar. Os regeneradores pré aquecem
o ar e são dispostos de cada lado da cuba, queima transversal, ou na
sua traseira, queima em ferradura.
Os fornos com recuperador(es) metálico(s) utilizam igualmente o ar
atmosférico como comburente, a queima é contínua. O ar de
combustão é pré-aquecido em um ou mais recuperadores metálicos,
segundo a dimensão do forno.
Os fornos a oxigênio utilizam o oxigênio, mais ou menos puro, à
temperatura ambiente como comburente em queima contínua.
Os fornos elétricos não utilizam combustíveis mas tão somente a
eletricidade como fonte de energia. A superfície do banho é coberta
pela mistura vitrificável que a isola termicamente do exterior.
Todos eles são equipados com uma garganta que separa as zonas de
fusão e de condicionamento térmico ou, no caso de vidro float, de um
simples estreitamento da cuba
Tipos de vidro
Segundo a aplicação a que se destina, a repartição atual da produção
nacional é:
Vidros de embalagem, garrafas, potes, frascos
35%
Vidros planos, float e impressos
30%
3
Vidros especiais, cinescópios, lâmpadas,
garrafas térmicas, fibras óticas, tijolos de vidro, etc.
20%
Domésticos, mesa e forno
15%
Entretanto a tipificação que mais importa no nosso caso é a
composição química do vidro pois ela influi sobre a tecnologia dos
fornos e suas performances e, portanto, sobre o custo energético de
fusão.
Os vidros industriais são à base de silicatos e, entre estes, duas
famílias – silico-sodocálcicos e borosilicatos - representam a quase
totalidade com uma esmagadora predominância dos primeiros (entre
85 e 90% do total).
O estudo é direcionado para estes salvo, para exemplificar, o caso
particular de uma pequena produção vidro boro-silicato duro.
Extração
90% da capacidade máxima nominal do forno.
Ou seja o consumo de energia será estimado na situação do forno
fundindo 10% abaixo de sua capacidade máxima.
Custo dos insumos energéticos
Os atuais do mercado na região do Estado de São Paulo, a saber:
(1) Óleo Combustível ultra viscoso A4-A5 (R$/t)
1000
(2) Gás Natural (R$/1000 m3)
900
(3) Energia Elétrica (R$/MWh)
170
(4) Oxigênio produzido “on-site” sem a parcela do custo da energia
elétrica necessária à sua produção (R$/1000m3),
20.000 m3 /d de O2
150
100 000 m3/d de O2
130
200 000 m3/d de O2 (criogênico)
90
(1) Vários (Pci=9400 kcal/kg).
3
(2) Portaria ASESP de 30/05/2008 (Pci=8500 kcal/m ).
(3) (Tensão de 88 a 136 kV) Resolução Nº 675, de 01/07/08 da ANEEL
(4) (USD=R$ 2,0)Energia elétrica: não criogênico:0,6 kWh/m3; criogênico: 0,5 kWh/m3.
Tecnologia dos fornos
A mais avançada tecnologia disponível para cada tipo de forno.
Idade
Forno novo em início de campanha.
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RESULTADOS
Casos considerados
Os seguintes casos em vidro silico-sodo-cálcico, foram considerados
para comparação:
Float
700 t. vidro/d
Embalagem garrafaria
400 t. vidro/d
Embalagem, potes, tijolos, mesa etc.
200 t. vidro/d
Embalagem, frascaría e outros
100 t. vidro/d
e ainda o caso particular seguinte:
Vidro borosilicato duro
30 t. vidro/d
Custo da energia de fusão (R$/t de vidro fundido)
O gráfico apresenta o custo da energia de fusão (R$/t) em função da
extração bruta do forno, para os quatro tipos de forno considerados.
Extração bruta e tipo de vidro:
•
30 t/d vidro borosilicato duro,
•
100 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem,
•
200 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem,
•
400 t/d vidro sílico-sodocálcico de embalagem
•
700 t/d vidro sílico-sodocálcico Float.
Tipo de forno:
•
com regeneradores
REGE o------o
30 t/d a chama em ferradura,
100 t/d a chama em ferradura,
200 t/d a chama em ferradura,
400 t/d a chama em ferradura,
700 t/d a queima transversal.
•
com recuperador(es)
RECU o------o
•
a oxigênio
OXY
•
elétrico
ELEC
o------o
o------o
5
400
CUSTO (R$/t vidro)
300
REGE
i
RECU
i
200
OXY
i
ELEC
i
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T
i
EXTRAÇÃO (t.vidro/d)
O melhor custo é obtido, em todos os casos, com o forno a
regeneradores e o pior com o elétrico, salvo a pequenas extrações
quando este se equipara.
Os fornos a recuperador(es) e a oxigênio apresentam custos
intermediários salvo nas baixas extrações. Uma ligeira vantagem nas
extrações médias para o oxigênio.
Custo (R$/t vidro) e sua variação (%)
30 t/d
400 t/d
700 t/d
REGE
R$ 257
100%
R$ 87
100%
R$ 134
100%
RECU
R$ 328
128%
R$ 124
143%
R$ 164
122%
OXY
R$ 344
134%
R$ 120
138%
R$ 164
122%
ELEC
R$ 260
101%
R$ 160
184%
R$ 218
163%
Sensibilidade a uma variação dos preços relativos dos insumos
Os insumos do tipo “commodities”; como os derivados do petróleo,
face aos “locais”, como a energia elétrica o gás natural e o oxigênio;
tem comportamento diferenciado quanto ao preço pelas suas
características mercadológicas e logísticas pois, contrariamente aos
“locais”, podem ser facilmente estocados e transportados a longas
distâncias.
Assim a evolução do preço dos óleos combustíveis, mais voláteis e
sujeitos à demanda mundial, podem descolar-se da dos insumos
“locais”.
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Examinamos a sensibilidade da competitividade energética das
diferentes técnicas de fusão a um aumento relativo de 50% do
combustível líquido em relação aos demais insumos, supostos
estáveis.
O Gráfico à direita mostra o efeito sobre os custos em comparação
com o gráfico anterior, reproduzido à esquerda.
500
400
400
REGE2
i
CUSTO (R$/t vidro)
300
CUSTO (R$/t vidro)
REGE
i
RECU
i
OXY
i
200
300
RECU2
i
OXY2
i
ELEC2 200
i
ELEC
i
100
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
T
0
0
100
200
i
EXTRAÇÃO (t.vidro/d)
300
400
500
600
700
T
i
EXTRAÇÃO (t.vidro/d)
Apesar da incidência do aumento do preço relativo do óleo
combustível, o forno a regeneradores mantém a sua posição de
melhor custo. Entretanto o forno elétrico melhora sua competitividade
em toda a gama de extrações e se torna agora claramente o melhor
nas pequenas extrações.
O forno a recuperador(es) sofre com o aumento relativo do óleo e se
torna o pior em todos os casos enquanto o forno a oxigênio e o
elétrico são intermediários e se equivalem salvo, como já assinalado,
nas pequenas extrações onde o elétrico é imbatível.
Custo (R$/t vidro) e sua variação (%)
30 t/d
400 t/d
700 t/d
REGE
R$ 386
100%
R$ 131
100%
R$ 200
100%
RECU
R$ 492
127%
R$ 186
142%
R$ 246
123%
OXY
R$ 449
116%
R$ 155
118%
R$ 221
111%
ELEC
R$ 260
67%
R$ 160
122%
R$ 218
109%
800
7
Consumo de energia
Muito embora não haja relação entre o consumo total de energia para
a fusão e o seu custo correspondente já que o preço das diferentes
formas de energia é diverso, pareceu interessante conhecê-lo, apenas
como referencia.
CONSUMO DE ENERGIA
ENERGIA (kWh/t. de vidro)
2000
WREGE
j
1500
WRECU
j
WOXY
j
1000
WELEC
j
500
0
0
200
400
600
800
T
j
EXTRAÇÃO (t/d)
O menor consumo é obtido, em todos os casos, pelo forno elétrico e o
mais elevado pelo a recuperador(es).
Consumo de energia (kWh/t vidro) e sua variação (%)
100 t/d
200 t/d
400 t/d
700 t/d
REGE
1.109
100%
994
100%
947
100%
1.462
100%
RECU
1.537
139%
1.355
136%
1.355
143%
1.792
123%
OXY
1.190
107%
1.089
110%
1.050
111%
1.393
95%
ELEC
974
88%
962
97%
940
99%
1.280
88%
8
Principais fatores de cálculo adotados
ρ
q
A
c
(%) (kcal/m2.h) (m2) (%)
BORO SILICATO (30
t/d)
Regenerador
Recuperador
Oxigênio
Elétrico
SODO-CÁLCICO
(100t/d)
Regenerador
Recuperador
Oxigênio
Elétrico
SODO-CÁLCICO
(200t/d)
Regenerador
Recuperador
Oxigênio
Elétrico
SODO-CÁLCICO
(400t/d)
Regenerador
Recuperador
Oxigênio
Elétrico
FLOAT (700 t/d)
Regenerador
Recuperador
Oxigênio
Elétrico
65
53
70
95
6500
5700
6000
7000
30
37
30
30
20
20
20
20
76
58
76
95
6200
5700
5700
6800
31
46
31
31
60
60
60
60
78
60
78
95
6000
5500
5500
6600
57
84
57
57
60
60
60
60
80
60
80
95
6000
5500
5500
6600
114
168
114
114
60
60
60
60
70
60
80
95
6000
5800
5800
6000
400
500
400
400
20
20
20
20
LEGENDA
ρ - rendimento de combustão
ou elétrico
q - perdas médias pelas paredes
A - área de fusão
c - caco
OUTRAS CONSIDERAÇÕES
A decisão estratégica que consiste na escolha do tipo de forno
economicamente mais adequado depende, naturalmente, além do
fator energético, do custo do capital investido e do custo da
adequação às normas ambientais.
Um exemplo particular de comparação entre um forno a recuperador
metálico e outro a oxigênio, para a produção de fibra de reforço, no
qual se introduziram também os custos do capital referentes ao forno,
à obra civil e às instalações de tratamento dos fumos, ilustra o
comentário.
9
•
Custo da energia de fusão (USD/t vidro)
------------
•
Custo total (energia + capital) (USD/t vidro)
------------
ENERGIA + CAPITAL(forno+civil+tratam)
CUSTO CAPITAL E TOTAL (USD/t)
200
150
CE
CE
j
j
CC 100
j
50
0
j
RECUP.
OXY
CONCLUSÃO
Atualmente o melhor custo é obtido, em todos os casos, com o forno a
regeneradores e o pior com o elétrico, salvo a pequenas extrações
quando este se equipara.
Os fornos a recuperador(es) e a oxigênio apresentam custos
intermediários salvo nas baixas extrações com uma ligeira vantagem
nas extrações médias para o oxigênio.
Um hipotético aumento relativo do preço do óleo combustível em
relação aos demais insumos melhoraria a competitividade dos fornos
elétricos e a oxigênio e pioraria a dos fornos a recuperador metálico.
Outros critérios, como o custo do capital investido e o custo do
tratamento dos efluentes para sua adequação às exigências
ambientais, deverão ser levados em conta numa perspectiva
estratégica global para a escolha do tipo de forno mais vantajoso.
REFERÊNCIAS
Diversos fornecedores internacionais de tecnologia vidreira..
Agencias Oficiais, federais e estaduais de controle (ANEEL, ASESP,
etc.).