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CURSO CONSERTO DE FOGÃO DEFINIÇÃO O fogão é um eletrodoméstico usado para cozinhar e assar, por meio de calor. Normalmente utilizam gás combustível para gerar energia calorífica, sendo que por intermédio de tubos, registros e injetores, consegue-se regular a altura e potência ideal da chama. Além do gás, existem os fogões combinados, que utilizam resistências elétricas, ou fogões apenas elétricos. Aqui vamos tratar basicamente de fogões que utilizam gás para gerar calor. TIPOS DE GASES No Brasil, os fogões a gás se dividem em duas famílias GLP E NATURAL. GÁS LIQÜEFEITO DE PETRÓLEO O gás liquefeito de petróleo (GLP) é mais conhecido no Brasil como "gás de cozinha", por sua ampla utilização em cocção. Normalmente comercializado em botijões no estado líquido, torna-se gasoso à pressão atmosférica e temperatura ambiente, na hora de sua utilização em fogão. Por ser um produto inodoro, é adicionado um composto a base de enxofre para caracterizar seu cheiro, denominada " Mercatano”. Dessa forma, é possível detectar eventuais vazamentos. É o mais leve dos derivados do petróleo, formado por uma mistura de gases propano e butano. Em certas regiões podemos encontrar maior proporção de butano, forçando o aparecimento de pontas amarelas, onde em outras a proporção de propano é maior, ocorrendo o efeito sopramento. GÁS NATURAL (GN) O gás natural é extraído de material orgânico e inorgânico em decomposição. Também são distribuídas por tubulações sob o solo pelas concessionárias. A utilização deste gás vem crescendo no Brasil nos últimos anos, especialmente em São Paulo e no Rio de Janeiro. O gás Natural tem grandes vantagens sobre os gases derivados de petróleo, pois sua queima sendo completa, não expele para a atmosfera a fuligem e o óxido de enxofre, resíduo altamente tóxico. Devido à pressão diferenciada como nos casos anteriores os produtos que operarem com gás natural também terão registros e injetores diferenciados. BOTIJÃO DE GÁS GLP O gás dentro do recipiente encontra-se no estado líquido e de vapor. Do volume total do recipiente, 85% , no máximo, é de gás em fase líquida, e 15% , no mínimo, em fase de vapor. Isso constitui um espaço de segurança que evita uma pressão elevada dentro do recipiente. O gás GLP é engarrafado nos botijões sob alta pressão onde ocorre o processo de condensação (passa do estado gasoso para o líquido) tendo sua temperatura interna diminuída. O processo inverso ocorre na saída do gás no consumo do dia a dia passando do estado liquido para o gasoso. Todos os botijões de gás são construídos e dimensionados tecnicamente para suprir a pressão e a vazão, sendo que para o funcionamento correto do produto terá que ser alimentado pelo botijão adequado. Atualmente, os acidentes envolvendo o GLP em residências ocupam o 1º lugar no ranking de atendimentos emergenciais. Devido a isso conheça um botijão por dentro e os cuidados a serem tomados : Composição Na composição do GLP, a mistura ideal é de 50% de propano + 50% de butano, mas ocorrem variações nesta composição. Se tivermos uma proporção de propano maior do que a de butano, teremos um GLP rico, com mais pressão e menos peso. Se ocorrer o inverso, teremos um GLP pobre, com mais peso e menos pressão. Quando acaba o gás Quando a alimentação dos queimadores estiver deficiente é preciso trocar o botijão. Nunca vire ou deite o botijão, pois caso ainda exista algum resíduo de gás ele poderá escoar na fase líquida, o que anula a função do regulador de pressão e pode provocar graves acidentes. - O BOTIJÃO NUNCA DEVE SER USADO DEITADO Válvulas, mecanismos de segurança e lacre Nos botijões de 5kg e 13kg, a válvula que permite a saída do gás fecha automaticamente sempre que o cone-borboleta for desconectado. O plugue–fusível é um mecanismo de segurança desses botijões. Ele possui uma liga metálica que suporta uma temperatura ambiente entre 70ºC e 77ºC. No lacre consta o nome da empresa engarrafadora. Ele deve estar em perfeito estado, o que garante a procedência do produto, o peso correto e que houve inspeção de qualidade. Nos cilindros de 45 kg e 90 kg, a válvula é de fechamento manual. O mecanismo de segurança vem acoplado à válvula. Ele libera o gás para o ambiente quando há um aumento muito grande de pressão no interior do vasilhame. Teste de Vazamentos USE ESPONJA COM ÁGUA E SABÃO PARA FAZER O TESTE DE VAZAMENTO APÓS TROCAR O BOTIJÃO. Para verificar se há vazamento de gás depois de trocar o botijão, passe uma esponja com água e sabão sobre a conexão do cone-borboleta com a válvula. Se houver vazamento, aparecerão bolhas de ar na espuma de sabão. Nunca use fósforo ou qualquer tipo de chama para verificar se há vazamentos. Isso pode provocar graves acidentes. Nunca aqueça ou coloque o botijão deitado para saber se todo o gás do botijão foi utilizado. Essa prática tem sido responsável por grande número de acidentes como explosões. Nunca coloque ou armazene os botijões em compartimento fechado sem ventilação tais como armários, gabinetes, vãos de escada, porões, etc... VÁLVULA REGULADORA DE PRESSÃO É o componente que regula a pressão de saída do gás, controlando automaticamente o fluxo desde o mínimo até o máximo consumo. Nas válvulas atuais não é permitido qualquer tipo de ajuste no mecanismo dos reguladores de pressão, devendo os fabricantes destes itens produzir dispositivos que não permitam violação. SEMPRE VERIFIQUE se a válvula está na validade, que é de 5 anos. É fácil verificar a idade de um regulador de gás de qualquer marca. Basta ler a data estampada no verso da peça. No centro do circuito está impresso o ano de fabricação do regulador. Em volta do circuito os pontos salientes indicam os meses de fabricação (1 ponto = janeiro; 2 pontos = fevereiro, e assim sucessivamente). MEDIDORES DE PRESSÃO DE GÁS A coluna d'água e o manômetro são instrumentos para medir pressões. Poderemos verificar a pressão estática (quando o fogão não está em funcionamento) e dinâmica (quando o fogão está em funcionamento) de trabalho dos fogões. Utilize um conector tipo “T” metálico. Conecte a mangueira da válvula reguladora de pressão em uma extremidade. Na outra ponta conecte a ponta que alimenta o fogão. O medidor de pressão é conectado na outra extremidade do "T". Em todos os pontos de engate da mangueira utilize sempre abraçadeiras eficientes para evitar vazamento de gás e garantir a medição exata. A utilidade da coluna de água ou manômetro também é de detectar vazamentos nas mangueiras, tubos, conexões e possíveis defeitos na válvula reguladora de gás. FUNCIONAMENTO DA COLUNA D'ÁGUA Os Manômetros de Coluna de Líquido são aparelhos básicos destinados a medir pressão. De construção simples, conseqüentemente apresentam baixo custo, além de apresentar vantagens tais como: não requer manutenção, calibragem especial e permite medições com grande precisão. Podem ser de vidro ou plástico, em forma de "U". Coloca-se uma certa quantidade de água, com adição de corante para facilitar a visualização, até atingir o nível de marcação “0” em ambos os lados. Mantendo apenas um dos braços do tubo sujeito a pressão atmosférica e submetendo o outro a pressão do regulador de gás, haverá um deslocamento do líquido que se estabilizará em uma determinada posição. A pressão será a soma desta medida dos deslocamentos do líquido, em ambos os braços do tubo. A escala de medida da coluna de água é dada em mmca (milímetro de coluna de água) FUNCIONAMENTO DO MANÔMETRO Ao receber a pressão do gás a bolsa de ar (diafragma) contida internamente, infla-se acionando, por meio de eixos e alavancas um outro eixo, provocando neste um movimento giratório que é transmitido ao ponteiro que se desloca sobre uma escala graduada em milibares (mbar) ou mm coluna de água. Logo, maior pressão,maior inflagem do diafragma, maior deslocamento do ponteiro, indicação de maior pressão e vice versa. O manômetro pode ser digital ou analógico (de ponteiro). Tanto o manômetro como a coluna d'água podem ser utilizados para verificar a pressão da válvula reguladora de gás, porém o manuseio do manômetro é mais simples. TESTE DE ESTANQUEIDADE (Vazamento) Após a instalação do medidor de pressão, ligar um queimador do fogão para eliminar o ar do sistema. Depois, desligue o queimador. Verifique a pressão estática (com todos registros fechados) do fogão, observe se a pressão parou de subir, caso não pare de subir, significa que a válvula reguladora não está com estanqueidade e deverá ser substituída. A seguir feche o registro da válvula reguladora de pressão e observe por alguns minutos a pressão. Se estiver caindo, significa que há algum vazamento no sistema de abastecimento de gás e este vazamento deverá ser localizado com espuma de sabão. Nunca descarte defeito nos registros de controle da chama. Verifique, com os registros fechados, se está saindo gás pelo furo do injetor, com espuma de sabão. Também, observe se não ocorre vazamento na conexão do injetor. Para isso, abra cada registro e feche o furo do injetor com o dedo e coloque espuma na conexão. Sempre verifique as conexões das mangueiras com a coluna d'água ou manômetro, onde poderá haver vazamento, devido a isso é sempre bom testá- los com espuma de sabão. MEDIÇÃO DA PRESSÃO Abra o registro da válvula reguladora de pressão, acenda metade dos queimadores do fogão na posição máxima. A pressão de trabalho (dinâmica), para cada tipo de gás, tem que estar de acordo com a tabela a seguir. Tipo de Gás mm coluna (H2O) Tolerância mínima Tolerância máxima GLP 280 240 330 Natural 200 170 230 Caso não esteja, a válvula reguladora de pressão deve ser trocada, pois ela é selada e não pode ser regulada. Caso seja observada alguma irregularidade no funcionamento do regulador, oriente o cliente para sua troca imediata. Os fogões que operam com gás NATURAL, a pressão já vêm com regulada da companhia distribuidora de gás. Caso a pressão esteja fora do especificado oriente o consumidor que somente a companhia distribuidora poderá regular a pressão. MANGUEIRAS PLÁSTICAS DE PVC. As mangueiras plásticas de PVC para acoplamento em fogões a gás, também obedecem a normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e fiscalização do INMETRO. Seu comprimento não deve ser maior de 80cm, e deve indicar em sua superfície inscrições legíveis e permanentes sobre uma faixa amarela localizada em toda a sua extensão. Verifique o tempo de validade da mangueira. Para aparelhos de embutir, sempre utilize na instalação a mangueira metálica e a mesma não pode fazer contato com qualquer parte móvel da unidade de embutimento, por exemplo, gavetas. COMPONENTES EXTERNOS DOS FOGÕES PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO FOGÃO Após a abertura do registro do regulador de gás, o sistema de distribuição do fogão é preenchido de gás. Abrindo o registro do fogão, o gás é enviado para o injetor em direção aos queimadores, onde ocorre a combustão. COMPONENTES INTERNOS DOS FOGÕES TUBO DE DISTRIBUIÇÃO DE GÁS Os tubos de distribuição (item 2) dos fogões domésticos são fabricados em forma de L ou em U e em suas extensões estão instalados os registros (item 1). Dependendo da marca e modelo do fogão, os registros podem ter na saída os injetores ou um tubo, onde na outra extremidade do tubo é conectado um injetor. Sempre que realizar reparos onde os registros precisem ser substituídos deve-se tomar muito cuidado para não danificar a rosca, evitando assim a perda do registro e o aparecimento de futuros vazamentos. Normalmente a vedação é garantida por intermédio de um anel de borracha, toda vez que um registro for retirado, este anel deverá ser substituído. Para detectar vazamentos, aplique água e sabão sobre as roscas dos registros e injetores. Nunca teste vazamentos de gás com fogo. Nunca use fita teflon, pois ela irá obstruir a passagem de gás dos registros e injetores, além de derreter com o aquecimento. Caso a vedação dos registros não seja anel de borracha, use vedante apropriado ao rosquear os registros. REGISTROS Os registros são responsáveis pela ajuste de gás necessário para a manutenção da chama desejada. Os mecanismos internos dos registros são lubrificados com graxa grafitada, que opera também como vedante. Podem ser fabricados de zamak ou latão e os componentes internos dos registros não devem ser desmontados para a manutenção sob pena de deixá- los com vazamento de gás. Atualmente os registros são utilizados principalmente para controle dos queimadores da mesa. Antes de julho 2006, eram utilizados também para controle do forno. Desse modo, a maioria dos fogões ainda tem registro comum para controle do forno. O defeito que pode ocorrer no registro é vazamento no seu corpo. Pode ser por problema no projeto, tempo de vida ou entrada de sujeita. Outro problema é a rigidez da haste, ou seja, não se consegue girar o registro para abrir ou fechar. A rigidez quase sempre é por falha no projeto, devido a falta de graxa ou diferença da dilatação dos materiais internos. VÁLVULA DE SEGURANÇA A função da válvula de segurança é interromper automaticamente a saída de gás caso a chama do queimador da mesa, forno ou top grill se apaguem acidentalmente. A partir de julho de 2006, todos os produtos comercializados no Brasil devem ter válvula de segurança nos queimadores do forno ou top grill. Assim, evita que ocorra um acumulo de gás dentro do forno caso a chama se apague durante o uso, evitando possíveis explosões que podem, além de danificar o produto, causar graves acidentes com o consumidor. Na mesa, não é obrigatório a válvula de segurança, porém alguns modelos possuem. Veja animação do funcionamento aqui. Note na animação, que para manter a passagem de gás, o disco deve estar em contato com a bobina (magneto). DICA: Muitas vezes, devido a falha no projeto do fogão, não se consegue ligar o forno devido ao manipulo encostar antes no painel e limitar o curso da válvula. A bobina não tem energia para "puxar" o disco. A bobina apenas mantém o disco, caso o mesmo já esteja em contato com a bobina (magneto). A válvula de segurança está sujeita aos mesmos defeitos dos registro, vazamento e rigidez da haste. Além disso, o sensor termopar deve estar bem conectado na válvula, caso contrário, com mau contato, irá existir algo como uma resistência elétrica entre o sensor e a válvula. Assim, a válvula receberá uma tensão menor e não funcionar adequadamente. SENSOR DE TEMPERATURA DA VÁLVULA DE SEGURANÇA O sensor de temperatura é um termopar que gera uma pequena tensão elétrica (mV) que aciona a bobina (magneto) da válvula se segurança. Medição da tensão do termopar Para medir a tensão (mV) gerada no termopar que alimenta a bobina, ajuste um Multímetro para leitura de tensão em milivolt (mV). Deve-se medir próximo a conexão com a válvula. http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/funciona/fogao/valvula_seguranca.pps http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/termopar.htm O valor encontrado deve ser entre 4 à 8 mV. Caso não esteja, verifique o seguinte: a) Se o termopar esta posicionado corretamente, pois a chama que faz o termopar gerar a tensão (mV). b) Se a ponta do termopar se encontra limpa, livre de qualquer tipo de resíduo. c) Caso o fogão possua timer, verifique seus contatos. d) Se o valor estiver muito acima, por exemplo, mais de 15mV, quer dizer que não tem carga no termopar. Pode ser que a bobina esteja aberta, ou a conexão do termopar com a válvula esteja com mal contato. TIMER Alguns timers interrompem a passagem de gás após o tempo pré-ajustado. Normalmente tem uma posição manual e o queimadorfica acesso como se não tivesse o timer. O timer pode comandar o queimador do forno ou da mesa, dependendo do modelo do fogão. Outros timers mais simples, tem apenas a função de avisar por meio de uma campainha que o tempo pré-ajustado terminou. Elaborado pelo Portal do Eletrodoméstico TERMOSTATO O termostato é um dispositivo destinado a manter constante a temperatura preestabelecida do forno, através de regulação automática. Um mecanismo desse tipo é composto por dois elementos: um indica a variação térmica sofrida pelo sistema e é chamado elemento sensor; o outro controla essa variação e corrige os desvios de temperatura, mantendo-a dentro do intervalo desejado. A variação de temperatura a que está sujeito o elemento sensor faz dilatar ou contrair o fluído (óleo) contido no interior do elemento sensor. Esta dilatação ou contração do óleo regula a passagem de gás para o queimador. Deve-se ter cuidado com o sensor do termostato e jamais coloca-lo diretamente na chama. Caso necessite de troca, instalar no mesmo local do anterior, caso contrário, o controle da temperatura será diferente do marcado no painel. Semelhante ao registro e a válvula de segurança, o termostato pode apresentar defeito de vazamento ou rigidez da haste. A maioria dos Termostatos tem uma Válvula de Segurança acoplada. O uso do termostato no fogão é limitado apenas para alguns modelos mais sofisticados. INJETOR O injetor regula a quantidade de gás enviado ao queimador, através do furo que limita a passagem do gás. Em conjunto com o venturi, a saída do gás do injetor provoca o deslocando (arraste) do ar no sentido do fluxo. Este ar arrastado é chamado de ar primário. O furo do injetor de gás tem grande importância, pois é ele que determina a chama máxima (potência) do queimador, assim para cada queimador existe um injetor próprio. Todo o injetor tem uma marcação do diâmetro do furo. Caso tenha que trocar, obrigatoriamente instale um igual para o correto funcionamento do queimador. Dependendo do projeto do fogão, o injetor pode estar na posição vertical ou horizontal. Quando o injetor está em posição vertical, pode ocorrer entupimento do injetor devido a queda de sujeira, por exemplo, pelo cozimento ou limpeza do produto. Com injetor na posição horizontal é mais difícil isso ocorrer. O entupimento também pode ocorrer por alguma sujeira dentro do conjunto de distribuição e o gás arrasta para o injetor. Em qualquer caso de entupimento, a limpeza deve ser efetuada com cuidado para não alterar o diâmetro da furação, mas o correto é a troca. TUBO VENTURI Na saída do injetor, o gás e o ar arrastado entra no venturi, enviando a mistura gás e oxigênio para o queimador. Combustão Para ocorrer a queima, o gás combustível necessita de oxigênio. O oxigênio para esta mistura é obtido da atmosfera, que também é composta de nitrogênio, argônio e outros gases. Para melhor aproveitamento deste oxigênio, nos fogões a mistura do oxigênio é feita utilizando o princípio TUBO VENTURI. Observe que o gás aumenta a velocidade quando passa pela área menor. Queimador do Forno com Venturi Relembrando: Registro, Válvula de Segurança ou Termostato: São responsáveis pela regulagem da chama mínima, intermediária e máxima. O ajuste é feito pela regulagem da vazão do gás que passa pelo componente. Injetor: Após o registro, o gás é enviado ao injetor. Na saída do injetor ocorre a captação do ar primário que é enviado ao venturi. O furo do injetor é que determina a potência do queimador. Furo maior, potência do queimador maior. Furo menor, potência do queimador menor. Venturi: Em conjunto com o injetor, efetua a otimização do gás junto com a captação do ar primário. Ar primário: É a mistura do ar como gás antes da queima (Ar = oxigênio). Ar secundário: É a mistura do ar como gás durante a queima. QUEIMADOR E ESPALHADOR DA MESA O processo da queima (combustão) ocorre no espalhador do queimador. Quando a mistura do gás com o oxigênio chega até queimador e depois aos orifícios do espalhador, após a ignição, ocorre o acendimento da chama. Conjunto Queimador de Mesa Em alguns modelos, queimador e espalhador são uma peça só. Em outros modelos são peças separadas. Neste caso deve-se ter cuidado para que o espalhador esteja bem encaixado no queimador, caso contrário, a queima pode ocorrer dentro da câmara do queimador. Desse modo, o ponto mais quente da chama fica em contato com o espalhador e ocorre o derretetimento e inutilização do mesmo. Outro problema que pode ocorrer é a deformação pela queda do queimador e principalmente do espalhador. Também pode ocorrer deformação por choque térmico, ou seja, resfriamento brusco das peças. Caso ocorra qualquer deformação das peças, pode prejudicar o perfeito encaixe das peças e comprometer a combustão. Assim, as peças devem ser trocadas. Nunca deve alterar os furos ou rasgos do espalhador, pois as dimensões foram definidas para obter a melhor qualidade da chama. CHAMA Na combustão completa a chama tem a aparência conforme a figura abaixo. Chama Azul Este tipo de chama é a ideal pois apresenta a melhor mistura de gás e oxigênio. É a chamada combustão completa, que é a reação de combustão em que todos os elementos constituintes do gás (combustível) se combinam com o oxigênio, particularmente o carbono e o hidrogênio, que se convertem integralmente em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Chama Amarela Na combustão incompleta não há o suprimento de oxigênio adequado para que ela ocorra de forma completa. O gás irá queimar em oxigênio, mas poderá produzir inúmeros produtos, como o monóxido de carbono (CO) e o hidrogênio (H2). O monóxido de carbono (CO) é muito perigoso para a saúde. Veja os sintomas abaixo. CO (ppm) no ar Tempo de acumulação (minutos) Sintomas 50 150 Dor de cabeça, leve 100 120 Dor de cabeça moderada, tontura 250 120 Dor de cabeça severa, tontura 500 90 Náuseas, vômitos, colapso 1000 60 Coma 10.000 5 Morte Este tipo de chama escurece as panelas, ocasionando fuligem devido ao excesso de CO (monóxido de carbono). Note que a chama amarela é maior que a chama normal. A chama amarela ocorre devido: 1) Falta de ar na mistura ou excesso de gás. 2) Desalinhamento do injetor com a entrada no tubo venturi, neste caso o gás bate na parede do tubo perdendo a velocidade, desregulando totalmente a mistura gás + ar. 3) Furação do injetor estiver menor que o especificado ou obstruído por resíduos. 4) Quando o gás do cilindro está acabando, devido a maior quantidade de gás butano. Como a entrada de ar primária do queimador é projetada para trabalhar com uma mistura equilibrada de butano + propano, quando tem muito mais butano, falta oxigênio para a combustão completa. Neste caso deve-se substituir o botijão por outro novo. Chama Soprando Se ocorrer excesso de ar primário, a chama tente a soprar, fazendo inclusive barulho. Esta chama contém uma coloração azul vivo. É aceitável um pequeno descolamento da chama, logo após o acendimento de um queimador frio. Porém, caso ocorra muito deslocamento, a chama pode até apagar. O assopramento pode ocorrer: 1) Devido ao excesso de ar primário na mistura com o gás; 2) Contaminação do ar primário, por exemplo, Dióxido de Carbono gerado quando o forno está funcionado; 3) Pressão do regulador do cilindro de gás acima no normal. 4) Como o queimadores ou espalhadores molhados, após serem lavados. Se o sopramento ocorrer devido a corrente excessiva de ar (vento) onde o produto esteja instalado, deve- se orientar o cliente sobre a mudança do local da instalação do produto. Elaborado pelo Portal do Eletrodoméstico AR SECUNDÁRIO Para que ocorra uma combustão satisfatória, a mistura de gás + ar que chega até o queimador onde o gás é queimado, necessita também doar que envolve a chama. Este ar é chamado de Ar Secundário. Na figura anterior, note que o recipiente está a uma certa distância do queimador, para que a chama possa receber uma quantidade adequada de ar secundário. FORNO O forno do fogão é constituído basicamente que um compartimento fechado isolado termicamente, um queimador com maior potência em relação ao queimador de mesa e uma chaminé para saída dos produtos da combustão. Isolação térmica do forno A isolação térmica que envolve o forno pode ser: 1) Folha de alumínio; 2) Lã cerâmica; 3) Lã de vidro; 4) Folha de alumínio + Lã cerâmica ou Folha de alumínio + Lã de vidro. Normalmente, quanto mais espessa a lã, melhor a isolação do forno. Note que todo o forno tem pelo menos uma folha de alumínio para isolação térmica. Temperatura do forno O forno deve trabalhar com uma temperatura adequada. Caso seja muito baixa, o alimento vai demorar para ficar assado. Se for muito alta, o alimento pode queimar e também provocar um sobreaquecimento da parte externa do fogão, como os botões (manipulos) dos registros. Normalmente a temperatura máxima do forno é indicada no painel do fogão ou no manual de instruções. Geralmente é em torno de 280ºC. Devido a variação na composição do gás, a temperatura pode variar em torno de mais ou menos 20ºC. A temperatura indicada é obtida no centro do forno vazio, após 50 minutos de funcionamento, com uma mistura equilibrada de gás butano + gás propano e pressão de 280mmca. Muitos consumidores reclamam que o forno não assa bem. Pode ser realmente problema do forno, mas alguns casos o consumidor não está pré-aquecendo ou durante o funcionamento, abre a porta do forno. Nestes casos, deve orientar o consumidor que é necessário seguir as recomendações do fabricante, ou seja, efetuar um pré-aquecimento do forno, geralmente 15 minutos na posição máxima, colocar o alimento e depois regular a temperatura recomendada para assamento. Durante o funcionamento do forno, não abrir a porta do forno e utilizar o visor do forno para verificar o assado. A posição da prateleira deve ser no centro do forno, pois é onde se consegue a melhor distribuição de temperatura, não esquecendo que deve existir espaço em todos os lados para circulação do calor. Também verifique se não tem excessiva corrente de ar no fogão (vento). Chaminé No processo de combustão são gerados os produtos da combustão, que junto com os produtos gerados no cozimento do alimento, são eliminados através da chaminé do fogão. Devida a alta temperatura, deve-se ter cuidado para que nenhum material que não suporte temperatura alta esteja próximo à saída da chaminé, como exemplo, mangueira do cilindro de gás ou cordão de alimentação elétrica do fogão. Vedação da porta do forno Entre a abertura do forno e a porta do forno é colocada uma vedação de silicone para impedir a saída do calor. Sempre verifique se a isolação está em boas condições e se está vedando bem. Utilize uma tira de papel sufite para verificar se está ocorrendo uma boa vedação. Uma má vedação, além de perda de calor dentro do forno, vai provocar aquecimentos para parte externa do fogão, como os botões dos registros e interruptores. Queimador do forno O que foi exposto anteriormente sobre combustão também se aplica ao queimador do forno. Todos os queimadores dos fornos atuais fabricados no Brasil têm um sensor da válvula de segurança. O sensor deve estar bem posicionado em relação a chama, caso contrário vai demorar para a válvula manter a chama acesa e também, durante o funcionamento, a chama pode se apagar. O melhor posicionamento é a ponta do sensor sobre a parte mais quente da chama. Ver figura da chama na Parte 2 do curso. Note que a altura da chama varia conforme o ajuste do registro do forno e também a pressão do gás. CONVERSÃO DE GÁS A maioria fogões saem da fábrica para funcionar com GLP. Quando é necessário a transformação para Gás Natural, normalmente a companhia fornecedora do gás ou o próprio fabricante, através do serviço autorizado, efetua a transformação para o Gás Natural. Para realizar a conversão, utilizam-se os chamados kits de peças que são específicos para cada modelo de produto. Nestes kits, fornecidos pelos fabricantes, as peças já estão dimensionadas para que o fogão funcione adequadamente com o Gás Natural. Jamais se deve colocar peças que não são específicas para aquele modelo ou fazer adaptações, como por exemplo, aumentar o diâmetro do furo do injetor com um broca, nem mesmo a pedido do cliente, pois toda responsabilidade é de quem faz o serviço. Basicamente são as seguintes as peças que devem ser trocadas: 1) A ponteira de conexão do gás. 2) Os registros, pois a posição mínima (vazão mínima) para o gás natural é maior que do GLP. Note que alguns registros e principalmente termostatos tem regulagem da vazão mínima através de um pequeno parafuso de ajuste na própria peça. Deve-se ajustar conforme informação do fabricante do fogão. Clique na figura para ver exemplo de ajuste da vazão mínima do termostato 3) Injetores, pois o diâmetro dos furos são maiores do que para gás GLP. Lembrando mais uma vez, nunca aumente o furo de um injetor de gás GLP para trabalhar com gás Natural. 4) Ajustar regulagem de entrada do ar primário, pois deve ser bem menor em relação ao gás GLP. Verifique qual é a regulagem especificada pelo fabricante. http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/cursos/fogao/ajuste_termostato1.jpg Exemplo de regulagem para queimador de mesa Exemplo de regulagem para queimador de forno 5) Dependendo do modelo, os tubos individuais de cada queimador também são trocados. A pressão do gás natural deve ser de 200mmca. Verifique se a pressão do gás está dentro dos valores especificados. Caso esteja fora, informe ao cliente para solicitar a companhia que fornece o gás o ajuste da pressão. Após a conversão, verifique possíveis vazamentos, conforme explicado na Parte 1 do curso. Use um manômetro para verificar se ocorre queda de pressão e sempre utilize espuma de sabão para encontrar o vazamento. Elaborado pelo Portal do Eletrodoméstico COMPONENTES ELÉTRICOS Alguns fogões têm acendimento automático dos queimadores e iluminação interna do forno. Outros mais sofisticados têm espeto rotativo, circulador de calor no forno, painel eletrônico e outros componentes elétricos. CABO DE ALIMENTAÇÃO E FIO TERRA O plugue de alimentação deve ser conectado a uma tomada exclusiva e o fio terra deve ser ligado a um terra eficiente para garantir a segurança do usuário. O cabo de alimentação e o fio terra nunca devem passar pela parte traseira do fogão, pois com o calor a proteção dos fios vai derreter, causando curto circuito. FIAÇÃO ELÉTRICA A isolação da fiação elétrica interna do fogão é composta de material resistente a alta temperatura que evita a propagação de chama. O defeito mais comum é o ressecamento dos fios, principalmente próximo aos conectores. Caso necessite trocar, sempre utilize uma fiação indicada pelo fabricante. INTERRUPTORES Ignição e Lâmpada O interruptor de ignição localizado no painel do produto é ligado apenas quando estiver sendo acionado pelo usuário. O acionamento da usina deve ser rápido, ou seja, logo após o acendimento deve ser solto para evitar a queima da usina. Quando os interruptores estão no painel, durante a limpeza, por exemplo, com "Veja", pode entrar liquido na parte interna dos interruptores, que pode fechar o contato e também provocar choque elétrico no usuário. Interruptores que são acoplados aos registros Existem interruptores de dupla função, para ignição e acendimento da lâmpada do forno. Também existem interruptores de ignição que são acoplados aos registros. Eles são acionados automaticamente quando o usuário gira o botão do registro.Clique na figura acima para ver exemplo de teste de interruptor acoplado. ACENDIMENTO DOS QUEIMADORES Usina A tensão de alimentação da usina pode ser 127V ou 220V, sendo a maioria bivolt. A tensão na saída para geração das faíscas é em torno de 17kV, com baixa corrente que pode variar em torno de 150mA. Dependendo do modelo, gera de 20 a 60 centelhas por segundo. Para cada queimador existe uma saída exclusiva. Devido a alta tensão gerada, deve-se ter muito cuidado no manuseio. Para testar, colocar uma peça metálica próxima as saídas e ligue a usina na tomada. Verifique se existe faísca em todas as saídas. O tempo de acionamento deve ser curto, caso contrário ela pode queimar. O defeito que pode ocorrer é a falta de centelha ou centelha fraca em uma ou mais saídas. Piezo-elétrico O piezo-elétrico é um dispositivo que emite uma faísca a cada acionamento. A descarga é na faixa de 20kV e a distância entre o eletrodo e o queimador deve ser de 3 a 4mm. http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/cursos/fogao/interruptor_brastemp.gif http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/cursos/fogao/interruptor_brastemp.gif http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/cursos/fogao/interruptor_brastemp.gif O piezo-elétrico normalmente é utilizado para acendimento do queimador do forno. Para testar, colocar a saída próxima a uma parte metálica. Semelhante a usina, deve-se ter cuidado no manuseio para não receber a descarga elétrica. Fiação do Eletrodo A fiação que liga a usina ao eletrodo tem isolação para alta tensão. Qualquer dano nesta isolação vai provocar fuga de centelha e prejudicar o acendimento. Fiação com fuga Para verificar se a fiação está com fuga, coloque em cima de uma chapa metálica e em um local escuro, acione a usina e observe se ocorre centelha saindo da fiação. Verifique também a conexão do cabo com o eletrodo. Devido ao eletrodo estar próximo da chama, pode ocorrer aquecimento e ressecamento da conexão cabo com eletrodo, provocando o rompimento do cabo. Eletrodos Os eletrodos são os componentes que emite a centelha no queimador para o acendimento da chama. Para melhor isolação e resistir a alta temperatura, os eletrodos são produzidos de porcelana. Dentro tem um fio condutor que saí até a extremidade, onde é emitida a centelha. Eletrodo de acendimento da mesa e forno Normalmente a extremidade do eletrodo deve estar no máximo 4mm em relação ao queimador para produzir uma boa centelha. Para que a centelha seja eficiente, o eletrodo e o queimador devem estar limpos, caso contrário pode ocorrer deficiência no acendimento. COMBUSTÃO Reação química rápida entre um oxidante (oxigênio) e um combustível Processo de combustão: Neste processo a energia química armazenada no combustível é transformada em energia térmica contida nos gases da combustão (gases em altas temperaturas). Outras formas de energia em pequenas quantidades são também liberadas durante a combustão; ¾ Energia eletromagnética: luz ¾ Energia elétrica: íons e elétrons livres ¾ Energia mecânica: barulho A composição química de combustíveis convencionais é basicamente formada por carbono e hidrogênio, e outros componentes como enxofre, nitrogênio, monóxido de carbono, oxigênio, etc. Composição elementar do bagaço de cana (% de massa): diversos autores. elemento [1] [2] [3] [4] [5] [6] média Carbono 47,0 46,5 44,0 47,0 47,5 47,9 46,7 Hidrogênio 6,5 6,5 6,0 6,05 6,1 6,7 6,3 Oxigênio 45,0 46,0 48,0 44,0 44,4 45,4 45,5 Cinzas 1,5 1,0 2,0 2,5 2,0 --- 1,8 Fonte: Combustíveis e combustão industrial, R. Garcia, Ed. Interciência Lenha seca: composição em massa (%) Composição Cedro Cipreste Pinho Carvalho Eucalipto Carbono 48,8 54,98 52,55 49,49 49,7 Hidrogênio 6,37 6,54 6,08 6,62 42,3 Oxigênio 44,46 38,08 41,25 43,74 5,8 Enxofre ----- ----- ----- ----- 1,4 Nitrogênio ----- ----- ----- ----- 0,1 Cinzas 0,37 0,40 0,12 0,15 0,8 Fonte: Combustíveis e combustão industrial, R. Garcia, Ed. Interciência Gás Pobre (obtido por gaseificação): Composição volumétrica dos gases secos (%) Gás de carvão vegetal (a) Gás de madeira (b) Dióxido de Carbono (CO2) 7,9 8,5 Oxigênio (O2) 0,3 0,3 Monóxido de Carbono (CO) 29,7 28,1 Metano (CH4) 0,5 0,8 Hidrogênio (H2) 13,8 13,6 Nitrogênio (N2) 47,8 48,6 PCS [kJ/kg] 5690 5610 PCI [kJ/kg] 5400 5320 (a) Valores médios obtidos em ensaios realizados em gaseificador instalado no IPT. O gaseificador é do tipo leito fixo descendente com fluxo em contracorrente, tendo ar e vapor d’água como agente gaseificantes. (b) Valores médios obtidos em ensaios realizados pelo IPT, em gaseificador instalado em indústria particular. O gaseificador é do tipo leito fixo descendente, com fluxos em contracorrentes, tendo ar e vapor d’água como agentes gaseificantes. Fonte: Apostila: Máquinas Térmicas I, Princípios da Combustão, Luiz Carlos Martinelli Jr. -Unijui Composição elementar de combustíveis líquidos: Composição % Óleo A (BPF) Óleo C (OC-4) Óleo D (BTE) Óleo E Óleo Diesel Querosene Carbono 84,8 85,4 87,4 85,6 86,0 85,6 Hidrogênio 11,1 12,3 11,8 10,4 13,1 14,3 Enxofre 4,0 2,3 0,7 4,0 0,9 0,1 H2O traços traços Traços ------ ------ ------ Cinzas traços ------ traços ------ ------ ------ Fonte: Máquinas Térmicas I, Princípios da Combustão, Luiz Carlos Martinelli Jr. -Unijui Produtos da Combustão: Os produtos da combustão são formados principalmente por; ¾ Dióxido de carbono - CO2 ¾ Água no estado de vapor - H2O ¾ Monóxido de carbono - CO ¾ Dióxido de enxofre - SO2 ¾ Cinzas ¾ Traços de combustível não queimado ¾ Nitrogênio (combustão com ar ou nitrogênio presente no combustível) ¾ Etc. Combustão completa: Na combustão completa todo o carbono e hidrogênio presente no combustível são transformados em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O) respectivamente. ¾ Para que isto ocorra o oxigênio (ar) deve ser fornecido em excesso ¾ O excesso de ar (oxigênio) é expresso como uma porcentagem do ar (oxigênio) requerido para oxidar (queimar) completamente o combustível. ¾ Para maximizar a eficiência da combustão, um baixo excesso de ar é necessário. Combustão Estequiométrica: Na combustão estequiométrica o combustível reage exatamente com a quantidade de Ar (oxigênio) necessária para queimar todo o combustível (condições ideais) ¾ Verifica-se ausência de CO nos produtos de combustão ¾ Verifica-se ausência de oxigênio ou ar nos produtos de combustão ¾ A porcentagem de CO2 contido nos produtos é a máxima possível e é conhecida como; CO2 estequiométrico; CO2 máximo ou máxima porcentagem teórica de CO2. ¾ Combustão estequiométrica é difícil de ocorrer na prática devido a misturas ar- combustível imperfeitas e taxas de reação finita. ¾ Por ordem econômica, a maioria dos equipamentos opera com excesso de ar para garantir a combustão completa. Isto assegura que não há desperdício de combustível e que a combustão será completa. Combustão Incompleta A combustão incompleta ocorre quando o elemento combustível não é completamente oxidado no processo de combustão. Quando isto ocorre verifica-se a presença de monóxido de carbono nos produtos da combustão.Combustão incompleta usa o combustível de forma ineficiente, pode ser perigoso por causa da produção de monóxido de carbono e contribui para a poluição ambiental. As condições que favorecem combustão incompleta são; ¾ Insuficiente mistura ar-combustível (causando localmente zonas de misturas ricas e misturas pobres) ¾ Fornecimento insuficiente de ar à chama (fornecimento de menor quantidade de oxigênio do que requerido). ¾ Tempo insuficiente de permanência dos reactantes na chama (impedindo completar a reação de combustão) ¾ Chama entrando em contato com uma superfície fria (extinção da reação de combustão) ¾ Temperatura de chama muito baixa (reação de combustão lenta) Reação de combustão A reação de oxigênio com o combustível ocorre de acordo com princípios físicos básicos; Conservação da massa: a massa de cada elemento nos produtos da combustão deve ser igual à massa dos elementos antes da reação. Lei da combinação de massas: componentes químicos são formados por combinação de elementos em relacionamento estável de massas. Conservação de energia: um balanço de energia permite conhecer a energia liberada pela reação. Oxidante O oxigênio para a reação de combustão é obtido normalmente do ar. O Ar é basicamente uma mistura de oxigênio, nitrogênio, pequenas quantidades de vapor de água, dióxido de carbono e outros gases inertes (argônio, etc). Para efeitos práticos de analise de uma reação de combustão é adotado que o ar seco possui a seguinte composição Composição do ar atmosférico Volume [%] Massa [%] Oxigênio 20,95 23,15 Nitrogênio e outros gases inertes 79,05 76,85 Para efeito de cálculo considera-se que o nitrogênio é inerte durante a combustão embora se saiba que pequenas quantidades de oxido de nitrogênio podem ser formados. N 2 + O 2 → 2NO Limites de inflamabilidade (limite de explosividade) A combustão auto-sustentada só é possível quando a porcentagem em volume de combustível e ar na mistura, em condições de temperatura e pressão padrão, está dentro de certos limites; ¾ Limite inferior de inflamabilidade: mínima concentração de gás ou de vapor combustível em ar ou oxigênio. ¾ Limite superior de inflamabilidade: máxima concentração de gás ou de vapor combustível em ar ou oxigênio. ¾ A combustão não ocorrerá se a mistura ar-combustível estiver muito pobre, abaixo do limite inferior de inflamabilidade, ou muito rica, acima do limite superior. ¾ De um modo geral, os limites de inflamabilidade são determinados a 20 oC e 100 kPa. Limites de Inflamabilidade (concentração de gás em ar ou oxigênio) Em ar Em oxigênio Inferior (%) Superior (%) Inferior (%) Superior (%) Metano 5,0 15,0 5,0 60,0 Etano 3,0 12,4 3,0 66,0 Eteno (etileno) 2,7 36,0 2,9 80,0 Propano 2,8 9,5 2,3 45,0 Butano 1,8 8,4 1,8 40,0 Propeno (propileno) 2,0 11,1 2,1 52,8 Monóxido de carbono 12,0 75,0 ------ ----- Hidrogênio 4,0 75,0 4,0 94,0 Acetileno 2,2 80 / 85 2,8 93,0 Gás natural 3,1 19,6 ----- ----- Efeito da pressão e temperatura da mistura: ¾ O aumento da temperatura da mistura ar-combustível amplia os limites de inflamabilidade; o limite inferior decresce e o limite superior aumenta. ¾ Quando a temperatura é aumenta em níveis altos, é atingida a temperatura de auto-ignição, ocorrendo a combustão espontânea. ¾ Em pressões inferiores a atmosférica a tendência geral é de contração da faixa de inflamabilidade, com elevação do limite inferior e redução do limite superior. ¾ Em pressões superiores à atmosférica o limite inferior tende a permanecer estável enquanto o limite superior apresenta um crescimento Temperatura de Ignição ou de Inflamação É a menor temperatura na qual o calor é gerado pela combustão em velocidade superior ao calor dissipado para a vizinhança, dando à mistura condições de se auto- propagar. ¾ Abaixo desta temperatura a combustão da mistura ar gás só ocorrerá continuamente mediante o fornecimento ininterrupto de calor externo. A temperatura de ignição não é uma propriedade fixa de um gás pois varia de forma significativa com parâmetros como; • composição do gás combustível • excesso de ar • taxa de diluição do gás na mistura • velocidade da mistura ar gás • concentração de oxigênio no ar de combustão • pressão da mistura A temperatura de ignição é um importante parâmetro de medida da tendência de um objeto quente provocar a ignição de uma mistura e, portanto, base técnica para considerações de segurança. A temperatura de ignição de muitas substâncias combustíveis se reduz com o aumento da pressão, o que representa um importante fator para a operação dos motores alternativos e turbinas a gás; Temperatura de Ignição de Vários Gases em Ar e em Oxigênio Temperatura de Ignição do Metano para Várias Concentrações da Mistura Ar-Gás e concentração de Oxigênio do Ar Temperatura de Ignição com Relação à Proporção de Etano no Gás Natural1 Temperatura de Ignição com Relação à Proporção do Gás Combustível na Mistura Ar Gás * Gás Natural - 88,7% de Metano, 7,4% de Etano, 1,4% de Propano e 1% de Butano Cálculo de reações de combustão ¾ A determinação da quantidade de oxigênio (ar) necessário para a combustão e a quantidade de gases de escape são dados importantes e freqüentemente necessários para dimensionamento de sistemas de combustão e cálculo da eficiência. ¾ Outras informações como excesso de ar, CO2 teórico (máximo) também são informações importantes para estimar a eficiência dos sistemas de combustão (queimadores, câmaras de combustão, etc.) ¾ Freqüentemente os cálculos de combustão são simplificados usando a massa molecular [kg/kmol]; [g/g mol]; [lbm/lbm mol]. ¾ A massa relativa molecular de um composto é igual à soma das massas atômicas dos elementos do composto. Substância Massa molecular [kg/kmol] Nitrogênio (N2) 28,016 Carbono (C) 12,01 Hidrogênio (H2) 2,016 Oxigênio (O2) 32,0 Enxofre (S) 32,06 Monóxido de carbono (CO) 28,01 Dioxido de carbono (CO2) 44,01 Metano (CH4) 16,04 Vapor de água (H2O) 18,016 Definição: A relação de massa de um componente i de uma mistura é a razão em kg de massa do componente e a massa total da mistura. CONVERSÃO DE EQUIPAMENTOS RESIDENCIAIS A GÁS Com a tendência de disponibilização do gás natural (GN) para os setores residencial, comercial e industrial, as instalações e os equipamentos a gás necessitaram de adequações para funcionarem com este “novo” combustível. Para tanto, as instalações e os equipamentos residenciais (fogões e aquecedores) precisam ser convertidos para o uso deste gás. Uma conversão consiste em redimensionar as tubulações de distribuição e substituir alguns acessórios destes equipamentos tais como: injetores, registros de gás e fontes de ignição, bem como ajustes na pressão de alimentação. Após a conversão, estes equipamentos devem apresentar os índices de eficiência energética estabelecidos pelo Ministério de Minas e Energia atendendo a regulamentações específicas para este setor. Além do atendimento a prerrogativa da eficiênciaenergética é necessário garantir que os níveis de emissão de poluentes estejam abaixo dos valores prejudiciais à saúde e segurança dos usuários. Num mundo em que, cada vez mais, as atenções estão voltadas para a preservação do meio ambiente, o gás natural apresenta versatilidade e economia suficientes para salvaguardar seu lugar estratégico como alternativa energética no mundo atual. Análise de gás; aquecedor a gás; eficiência energética; fogão; forno a gás; gás liquefeito do petróleo; gás natural; GLP; GN; legislação; lei 1 INTRODUÇÃO Atualmente o gás liquefeito do petróleo (GLP) é o combustível doméstico que mais vem sendo substituído pelo gás natural (GN). Além de razões econômicas, evidentes em casos de substituição de chuveiros e boilers elétricos, há um elenco de outras vantagens imediatas como fornecimento contínuo, maior segurança operacional, pagamento após o consumo, liberação de espaço, ausência de tráfego de veículos para abastecimento, e outras não tão visíveis, como menor contribuição à poluição atmosférica e ao aquecimento global. Desta forma, cada vez mais funções são atribuídas ao gás natural nas residências e no comércio. O conforto e a conveniência do gás natural residencial fazem deste segmento de mercado um dos mais atrativos para as distribuidoras, que seguem expandindo suas redes de distribuição. Juntamente como a expansão do mercado, surge à necessidade de se terem profissionais especializados para trabalharem na conversão destes equipamentos para funcionarem com este combustível. Além da conversão é necessário que se alcancem os níveis mínimos de eficiência energética, em atendimento a política nacional de conservação e uso racional de energia. Os índices de emissão de poluentes, ou seja, os produtos da combustão devem atender as legislações específicas aplicadas ao uso residencial, visando garantir a integridade de seus usuários. Neste sentido serão abordadas as atividades ligadas à conversão de equipamentos residenciais a gás, os requisitos de segurança, qualidade e eficiência energética requeridos neste ramo de atividade. 2 OBJETIVO Este Dossiê tem como objetivo abordar as atividades ligadas à conversão de equipamentos residenciais a gás e apresentar a regulamentação específica que define os índices mínimos de eficiência energética e segurança para estes equipamentos. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo fará uma breve revisão da bibliografia para melhor compreensão dos tópicos relacionados à combustão e conversão de equipamentos, bem como a segurança e qualidade necessárias a estas atividades. 3.1 Gás natural O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos, dentre os quais se destacam o metano, o etano e o propano, resultantes da degradação de matéria orgânica por bactérias anaeróbicas e pela elevação da temperatura e pressão da crosta terrestre. Embora o metano tenha uma participação mais efetiva em sua composição, existem variações em função de fatores naturais que determinam o processo de formação e as condições de acúmulo no reservatório. Este acúmulo de gás natural se dá em rochas porosas no subsolo e muitas vezes está acompanhado com petróleo. Neste caso, ele pode ou não estar associado ao petróleo, isto é, dissolvido ou formando uma capa de gás livre, acima do reservatório de óleo. A matéria orgânica responsável pela formação do gás tem origem vegetal e animal. No primeiro caso, também é conhecida como querogêneo seco, e no segundo, querogêneo gorduroso. Durante milhares de anos, o querogêneo seco foi alcançando grandes profundidades na crosta terrestre, ao mesmo tempo em que sofria um processo gradual de cozimento transformando-se em linhito, carvão negro, antracito, xisto carbonífero e metano, originando as reservas de carvão do planeta. A transformação da matéria orgânica animal ou querogêneo gorduroso não sofreu o processo de cozimento e deu origem ao petróleo. Nos últimos estágios de degradação do querogêneo gorduroso, o petróleo apresenta-se como condensado volátil associado a hidrocarbonetos gasosos com predominância de metano (FIG.1). Por esta razão é muito comum encontrar-se reservas de petróleo e gás natural associados. Assim, o gás natural como encontrado na natureza é uma mistura variada de hidrocarbonetos gasosos cujo componente preponderante é sempre o metano. O gás natural não associado apresenta os maiores teores de metano, enquanto o gás natural associado apresenta proporções mais significativas de etano, propano, butano e hidrocarbonetos mais pesados. A Tabela 1 apresenta uma comparação entre os tipos de gás natural. A Tabela 2 apresenta as especificações do gás natural definida pela Portaria ANP nº104 de 8 de julho 2002. Figura 1: Gás associado e não associado. Fonte: Cardoso (2005) Tabela 1: Composições do GN bruto associado, não-associado e GN processado Elementos Associado1 Não-associado2 Processado3 Metano 81,57 85,48 88,56 Etano 9,17 8,26 9,17 Propano 5,13 3,06 0,42 I-Butano 0,94 0,47 - N-Butano 1,45 0,85 - I-Pentano 0,26 0,20 - N-Pentano 0,30 0,24 - Hexano 0,15 0,21 - Heptano e Superiores 0,12 0,06 - Nitrogênio 0,52 0,53 1,20 Dióxido de Carbono 0,39 0,64 0,65 Total 100 100 100 1 Gás do campo de Garoupa, Bacia de Campos. 2 Gás do campo de Miranga, Bahia. 3 Saída da UPGN - Candeias, Bahia. Fonte: Gás Energia (2005) Tabela 2: Especificações do GN pela Portaria ANP nº104 de 8 julho 2002. CARACTERÍSTICA UNIDADE LIMITE MÉTODO Norte Nordeste Sul, Sudeste, Centro- Oeste ASTM ISO Poder Calorífico Superior (3) kJ/m3 kWh/ m3 34.000 a 38.400 9,47 a 10,67 35.000 a 42.000 9,72 a 11,67 D3588 6976 Índice de Wobbe kJ/m3 40.500 a 45.000 46.500 a 52.500 - 6976 Metano – min. % vol. 68,0 86,0 D1945 6974 Etano – máx. % vol. 12,0 10,0 Propano – Max. % vol. 3,0 Butano e outros pesados – Max. % vol. 1,5 Oxigênio – Max. % vol. 0,8 0,5 Inertes (N2 + CO2)Max % vol. 18,0 5,0 4,0 Nitrogênio – max. % vol. - 2,0 Enxofre total – max. mg/m3 70 D5504 6326-5 Gás Sulfídrico – max. Hidrocarbonetos líquidos Ponto de orvalho de água a 1 atm – max. mg/m3 10,0 15,0 10,0 D5504 6326-3 mg/m3 - - 6570 °C - 39 - 39 - 45 D5454 - Modificado de: Agência Nacional do Petróleo (2005) Muitas vezes ocorre a presença de ácido sulfídrico (H2S), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2) e também o hélio (He). Junto com estes gases, vem também vapor de água e poluentes na forma de sólidos particulados. Após a extração dos reservatórios, o GN bruto é processado nas UPGN (Unidades de Processamento de Gás Natural), sendo então transportado para o consumo dentro das especificações da ANP (Agência Nacional do Petróleo). Fórmulas químicas dos principais componentes: (Metano – CH4 e Etano – C2H6). Como o gás natural não possui cheiro é adicionada uma quantidade pequena de uma substância chamada mercaptana, que confere ao gás um forte odor, para identificar a ocorrência de vazamento. Na composição do gás natural não existem substâncias nocivas à saúde, exceto quando a quantidade de gás sulfídrico supera os valores estabelecidos por norma (29 mg/m3 para o Brasil). O gás natural deve estar tecnicamente isento, ou seja, não deve haver traços visíveis de partículas sólidas e partículas líquidas. 3.2 Condições normais de temperatura e pressão (CNTP) O volume de um gás pode ter qualquer valor positivo dependendo da sua temperatura, pressão e quantidade de matéria. Desse modo, só podemos comparar quantidades de gases através dos seus volumes se a temperatura e a pressão forem às mesmas. Para isso convencionaram- se valores fixos para essas variáveis, que foram chamadas condições normais de temperatura e pressão (CNTP). Tais valores são: CNTP – Condições Normais de Temperatura e Pressão.Temperatura = 273,15 K (0 °C) Pressão = 101 325 Pa (1 atm padrão) CNTP atual – Condição Normal de Temperatura e Pressão atuais e que devem ser utilizados. Temperatura = 273,15 K (0 °C) Pressão = 100 000 Pa (0,987 atm) SC – Standard Conditions. São usadas na indústria americana do Petróleo e Gás Natural e são bastante difundidas em livros e artigos. Temperatura = 60 °F (15,556 °C) Pressão = 14,7 psi (1 atm padrão) BR ou PETROBRAS – É uma condição de estado-padrão utilizada por algumas indústrias brasileiras, principalmente a Petrobrás. Temperatura = 293,15 K (20 °C) Pressão = 101 325 Pa (1 atm padrão) Se além das CNTP ainda fixarmos a quantidade de matéria de uma amostra de gás em 1 mol, o seu volume ficará determinado. Assim, se medirmos o volume de 1 mol de gás nas CNTP encontraremos sempre o mesmo valor que se verificou experimentalmente, 22,4 L (conseqüência do princípio de Avogadro). 3.3 Equação dos gases perfeitos Veremos a seguir uma equação que, além da pressão, volume e temperatura, inclui a relação com uma quarta variável, a quantidade de matéria (n). Para isso, consideremos 1 mol de um gás qualquer nas CNTP, passando para um outro estado qualquer de pressão, volume e temperatura. É válida, então, a equação geral dos gases: VP a1 T tmx2 ,2 4L 273K ,0 082. atm.L K Esse valor se refere a 1 mol do gás. No caso de 2 mols, teremos 2 x 0,082; para 3 mols, obtemos 3 x 0,082 etc. Assim, para n mols resulta n x 0,082, que, substituído na última equação, fornece: PV .n 0,082 ou T VP n. ,0 082 T. Esse valor 0,082 é sempre uma constante indicada pela letra R, chamada constante universal dos gases perfeitos. Introduzindo R na última equação, resulta: VP n R. T. eq. (01) Que é chamada de equação dos gases perfeitos. mas, sendo n = m/M, obtemos: VP m M R T. Onde: m = massa do gás em gramas e; M = massa molar do gás. 3.4 Reação de combustão A combustão consiste em uma reação química entre o combustível e o oxigênio (geralmente proveniente do ar atmosférico), que resulta em gases de exaustão e liberação de grande quantidade de calor, o que caracteriza uma reação exotérmica. Para ocorrer uma reação de combustão, além do combustível e do oxigênio, é necessária uma quantidade inicial de energia, que chamamos de energia de ativação. A quantidade de calor é a energia que se quer aproveitar dos combustíveis fósseis para ser usada pelo homem nas suas necessidades básicas e no seu desenvolvimento. A reação de combustão de um combustível fóssil (óleo combustível, diesel, gás natural, etc.) visa à geração de energia térmica e geram subprodutos, como dióxido de carbono, água, nitrogênio e luz. Numa demonstração básica deste processo, apresenta-se a seguir a queima do gás metano (CH4), com uma composição de aproximadamente 89% do gás natural. 1CH4 + 2(O2+3,76 N2) 1CO2 + 2H2O + 7,52 N2 + Calor eq. (02) A característica principal de uma reação exotérmica é que o estado energético dos reagentes é maior que o estado energético dos produtos, como está ilustrado na Figura 2. Observa-se através do gráfico que os reagentes, no caso, a mistura reacional entre combustível e comburente, estão em um nível energético acima daquele dos produtos, que são os gases oriundos da combustão (CO, CO2 e H2O). A Tabela 3 apresenta os calores de combustão para diversos compostos. Energia E Produtos Reagentes H Tempo de reação Figura 2: Gráfico de energia versus tempo de reação. Fonte: Paunescu (2003) Tabela 3: Calores de combustão para diversos compostos Nome Estado físico nas condições ambientes Fórmula Hcomb a 298 K (kcal/mol) Metano Gás CH4 -191,6977 Etileno Gás C2H4 -315,9931 Etano Gás C2H6 -341,2152 Propeno Gás C3H6 - Propano Gás C3H8 -487,9861 Buteno Gás C4H8 - Butano Gás C4H10 -634,6852 Metanol Líquido CH3OH -152,4315 Etanol Líquido C2H5OH -294,9747 Tolueno Líquido C7H8 -891,8506 Benzeno Líquido C6H6 -749,0207 Fonte: PERRY, H. Robert; GREEN, Don W. 3.5 Poder calorífico 3.5.1 Poder Calorífico Inferior – PCI Como se sabe pela prática no dia a dia, a temperatura dos gases de combustão que provêem da queima do combustível está a uma temperatura superior à temperatura de saturação do vapor d’água à pressão atmosférica, e portanto este vapor encontra-se superaquecido. O calor latente de vaporização e o calor sensível de superaquecimento do vapor são expelidos junto com os gases de combustão, sendo desperdiçadas estas quantidades de calor. Este é o poder calorífico inferior. 3.5.2 Poder Calorífico Superior – PCS Quando o vapor d’água condensa-se, ou seja, a água proveniente da combustão encontra-se na forma líquida, o calor que estava acumulado no vapor superaquecido, o calor latente de vaporização e o calor sensível que estava acumulado na água até a temperatura de 25 °C são somados ao calor da combustão e temos então o que se chama de poder calorífico superior. O poder calorífico de um combustível varia principalmente de acordo com a composição do combustível e geralmente trabalha-se com o PCI. O poder calorífico pode ser expresso tomando-se por base uma massa unitária (kg) ou um volume unitário (m³). Quando se trabalha com gases, para que suas propriedades possam ser calculadas, é necessário que estados- padrão de temperatura e pressão sejam definidos (Ver seção condições normais de temperatura e pressão - CNTP). 3.6 Quantidade de calor gerado É razoável pensarmos que a quantidade de calor gerada na combustão depende da quantidade de gás queimado. Então, podemos concluir que a potência térmica ou taxa de calor gerado Pot’ (quantidade de calor gerada por unidade de tempo) é diretamente proporcional à quantidade de matéria queimada (representado pela vazão molar n’, mássica m’, ou volumétrica Q’) e ao calor de combustão ou poder calorífico do combustível Pc (calor liberado na combustão): Pot ' kcal 'n mol cP kcal eq. (03) h h mol Pot' kcal 'm kg Pc kcal eq. (04) h h 3 kg Pot kcal Q m P kcal c eq. (05) ' h ' h m 3 A partir dessas equações, conhecida a potência térmica exigida de um equipamento, pode-se determinar facilmente a vazão de combustível necessária: Q’ = Pot’ / Pc eq. (06) Seja, por exemplo, um equipamento cuja potência P’ é de 250.000 kcal/h. Se o combustível usado for gás natural, cujo Poder Calorífico Pc é aproximadamente 8.900 Kcal/m3 , a vazão Q’ de GN será: Q’ = 250.000 kcal / h 8.900 kcal / m3 = 28 m 3/h 3.7 Análise dos gases da combustão O modo mais exato de se determinar a composição dos gases da combustão é analisar a eficiência da combustão, tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Pode-se realizar uma análise dos gases liberados na combustão através de aparelhos analisadores. A análise qualitativa é a determinação dos componentes de uma mistura sólida, líquida ou gasosa. A análise quantitativa é a determinação da quantidade de cada componente de uma amostra. Ela é expressa em concentração numa das seguintes unidades: % Vol, g/m 3 , ppm Vol, ppb Vol. 3.7.1 Função do analisador O analisador é um equipamento relativamente sofisticado, de operação automática e independente, que tem a finalidade de medir uma ou mais características de uma amostra do processo, que por ele flui continuamente (FIG. 3). A função dos analisadores é a de fornecer dados para que, através da intervenção do homem ou de controle automático, seja possível: Otimizar a eficiência de combustão; Manter a segurança das pessoas; Melhorar/manter a qualidade de produtos fabricados quando estes dependem dos gases da combustão; Reduzir gastos comcombustível não consumido; Monitorar as condições ambientais. Figura 3: Principais partes do analisador 4 SEGURANÇA E QUALIDADE NA CONVERSÃO Os equipamentos comerciais e residenciais a gás natural em sua maioria operam em baixas pressões. Neste caso os cuidados principais estão relacionados com a correta utilização do equipamento, principalmente com relação à não ocorrência de vazamentos e a queima adequada através da combustão completa, e a devida ventilação do ambiente. A seguir abordaremos aspectos relevantes associados ao processo de queima em equipamentos residenciais. 4.1 Asfixia por Insuficiência de O2 e alta concentração de CO2 Na queima ocorre o consumo de oxigênio e a formação de dióxido de carbono como um dos produtos principais da combustão. Assim é de extrema importância a ventilação dos ambientes para evitar a asfixia pela redução da concentração de oxigênio. O dióxido de carbono é um gás asfixiante com efeitos devido à redução da concentração de oxigênio. Ele também afeta a circulação e a respiração. Concentrações moderadas podem causar dor de cabeça, sonolência, ardência no nariz e garganta, excitação, aumento da respiração, excesso de salivação, vômitos e inconsciência. Em concentrações mais altas, causa rápida insuficiência circulatória, podendo levar a coma e morte. Os sintomas em humanos em função da concentração de CO2 são apresentados na Tabela 4. Tabela 4. Efeitos CO2.no ser humano em função de sua concentração Efeito Concentração A taxa de respiração aumenta levemente. 1% A taxa de respiração aumenta em 50% acima do nível normal. Exposição prolongada causa dor de cabeça e fadiga. 2% A taxa de respiração aumenta duas vezes acima da normal e se torna difícil.Efeito narcótico suave. Prejudica a audição, causa dor de cabeça, aumento da pressão sangüínea e da taxa de pulsação. A taxa de respiração aumenta a aproximadamente 4 vezes acima do normal, sintomas de intoxicação se tornam evidentes, e um leve sufocamento pode ser sentido. Considerável odor pungente. Respiração muito difícil, dor de cabeça, confusão visual, e zumbido nos ouvidos. Pode ser prejudicial, seguido por perda da consciência. A inconsciência ocorre mais rapidamente acima de 10%. Exposições 3% 4 – 5% 5 – 10% prolongadas a altas concentrações podem resultar em morte por asfixia. 50 – 100% 4.2 Monóxido de Carbono (CO) O gás natural não é tóxico, mas sua combustão parcial pode gerar monóxido de carbono (gás tóxico). O monóxido de carbono (CO) é produto da queima incompleta do gás natural devido à regulagem inadequada do equipamento e não apresenta odor ou coloração. Em ambientes pequenos e fechados as concentrações de CO podem atingir valores que podem ser nocivos à espécie humana. Por isso é de suma importância uma correta regulagem do equipamento após a conversão. Para a regulagem da chama, após a conversão do equipamento, deve-se evitar que uma chama redutora fique acesa por um grande período de tempo; principalmente em ambientes pequenos. Assim, se o ajuste da chama demorar um tempo considerável, esta regulagem deve ocorrer de forma intermitente: a regulagem deve ser conduzida em períodos curtos de tempo e entre cada período deve-se esperar a dispersão dos produtos da queima. 5 CONVERSÃO DE FORNOS E FOGÕES 5.1 Categoria e classe de aparelhos Os aparelhos são classificados em categorias de acordo com os gases para os quais foram projetados: Categoria I – São os aparelhos projetados exclusivamente para uso com gases de uma única família. Categoria II - São os aparelhos projetados para usar gases de duas famílias e pressões de fornecimento fixas. Categoria III - São os aparelhos projetados para usar gases de três famílias e pressões de fornecimento fixas. Os aparelhos também são divididos em três classes (classe I, classe II e classe III) em função de sua construção e forma de montagem nos móveis. Da mesma forma, os aparelhos podem ser projetados para funcionarem com os gases da primeira, segunda ou terceira famílias conforme a Tabela 5. As pressões de ensaio para cada tipo de gás são apresentadas na Tabela 6 Tabela 5: Características dos gases de ensaio Família Gases de ensaio Designação Referência e limite de Composição em volume % H2 (36), CH4 (28), N2 PCS MJ/m3 (kcal/m3) 16,96 Índice de Wobbe 3 MJ/m (kcal/m3) 22,28 Densidad e relativa de massa (ar = 1) Primeira descolamento de chama Limite de G10 (19), CO2 (9), CO (6), C2H6 (2) H2 (31), CH4 (32), N2 (4052) (53,22) 0,5796 Família combustão incompleta Limite de retorno G11 (19), CO2 (9), CO (6), C2H6 (3) H2 (42), CH4 (23), N2 18,53 (4426) 15,14 23,75 (5673) 20,50 0,6087 de chama G12 Referência e limite de (19), CO2 (9), CO (6), C2H6 (1) CH4 (90), N2 (2), C2H6 (3616) 39,87 (4896) 50,98 0,5456 Segunda descolamento de chama Limite de G20 (6), C3H8 (2) (9524) (12176) 0,6118 Família combustão incompleta Limite de retorno G21 CH4 (86), N2 (1), C2H6 (6), C3H8 (7) H2 (10), CH4 (82), C2H6 43,09 (10292) 38,33 53,18 (12702) 51,23 0,6565 de chama G22 Referência e limite de (5), C3H8 (3) (9154) 126,21 (12237) 0,5597 87,54 Terceira combustão incompleta Limite de G30 C4H10 (100) (30144) (20908) 2,0788 Família descolamento de chama Limite de retorno G31 C3H8 (100) 95,65 (22846) 88,52 76,84 (18353) 72,86 1,5497 de chama G32 C3H6 (100) Fonte: ABNT (2003) (21142) (17402) 1,4760 Tabela 6: Pressões de ensaio Natureza dos gases Pressão nominal kPa Pressão mínima kPa Pressão máxima kPa Primeira Família 0,98 0,39 1,47 Segunda Família 1,96 1,47 2,45 Terceira Família 2,75 1,96 3,46 Fonte: ABNT (2003) 5.2 Fogões e seus principais acessórios Os fogões de embutir são encaixados em móveis planejados de cozinha e na maioria dos casos ficam suspensos. A grande preocupação deste tipo de fogão se refere à ventilação dentro do móvel. Os fogões de mesa não possuem forno, contento apenas os queimadores da mesa. O Fogão de piso é o modelo mais comum e possui a vantagem de ser facilmente deslocado, facilitando a sua instalação, manutenção e limpeza. A B C D Figura 4: Tipos de fogões a gás. A, fogão de embutir; B, fogão de mesa; C e D, fogão com piso independente 5.2.1 Registros Estes dispositivos podem ser instalados com rosca BSP ou sob pressão. Os registros de ramais são aqueles instalados no tubo de gás principal do fogão. A Figura 5 apresenta um conjunto de registros montados sob pressão no tubo de gás principal e a Figura 6 mostra alguns registros utilizados em sistemas a gás. Figura 5: Registros montados sob pressão no tubo de gás principal A B C D Figura 6: Registros utilizados em sistemas a gás. A, registros com rosca BSP; B, registros com montagem sob pressão; C, registro com termopar; D, registro com líquido dilatante. 5.2.2 Mangueiras Para ligar a instalação de gás ao fogão, deve-se utilizar um tubo flexível metálico com adaptador (FIG. 7) evitando o uso de mangueiras ou tubos plásticos, pois o calor poderá derretê-los e causar vazamentos de gás. Para tornar mais seguro a instalação do tubo, deve-se obedecer às recomendações da norma ABNT NBR 14177 (ABNT, 1998). O tubo flexível metálico não pode ser dobrado em curvatura muito acentuada de maneira a evitar possíveis danos.Figura 7: Tubo flexível metálico com adaptador. 5.2.3 Dispositivo de regulagem de ar primário Existem alguns modelos de fogões que utilizam um tubo venturi para auxiliar o processo de mistura do ar primário e do gás expelido pelo injetor antes de ocorrer à combustão. O venturi é utilizado com freqüência em diversos modelos de fogões para os queimadores do forno, para auxiliar na homogeneização da mistura ar/gás. Os queimadores de mesa utilizam apenas uma abertura pela qual o ar primário é succionado pelo gás que escoa com alta velocidade. Esta abertura pode ser regulada por meio de um dispositivo simples, possibilitando um volume adequado de ar succionado. A seguir, apresentamos um exemplo de mecanismo utilizado para a mistura de ar primário e gás (FIG. 7), utilizando um registro com injetor e um tubo venturi. Esta disposição é encontrada em alguns modelos de fogões para os queimadores de mesa. Figura 7: Dispositivo de regulagem de ar primário para o queimador de mesa. A garganta devido à sua forma aerodinâmica provoca um diferencial de pressão entre a seção de entrada e a seção de saída, ou seja, a pressão na seção de saída é diminuída enquanto que a sua velocidade aumenta. O aumento da velocidade do gás evita o retorno para a seção de entrada. A mistura de ar e gás é conduzida pelo tubo venturi até a câmara, saindo pelos orifícios ou rasgos dos queimadores onde ocorre à combustão. Alguns fabricantes disponibilizam para os queimadores do forno um regulador de ar primário na extremidade do tubo venturi que deve ser ajustado de maneira a se obter uma combustão adequada livre de inconvenientes tais como: o retrocesso (flashback) ou descolamento (blowoff) da chama. 5.2.4 Injetores e coeficientes de descarga de orifícios O injetor é um dispositivo que controla, através de um pequeno orifício, a passagem de gás para o local da queima. O orifício varia de tamanho e geometria (Coeficiente de descarga, Cd) em função do gás a ser utilizado. A seguir (FIG. 8, 9 e 10) apresentamos alguns tipos de injetores orifícios. Figura 8 : Modelos de injetores e orifícios b a c d e b a c d e Figura 9: Modelos de Injetores para GLP. b a f c d e g b c d e h fa i g Figura 10: Modelos de injetores para GN. Os fabricantes utilizam injetores com diferenciados coeficientes de descarga Cd que influenciam diretamente na homogeneização da mistura ar/gás e conseqüentemente na eficiência da combustão. O sucesso da conversão de um equipamento doméstico depende da seleção adequada do diâmetro do injetor bem como do coeficiente de descarga utilizado. A Figura 11 apresenta os coeficientes de descarga conforme o ângulo de convergência de cada tipo de bico. Figura 11: Coeficientes de descarga para variados tipos de orifícios Fonte: Eclipse Combustion (1986) 5.3 Etapas da conversão em fornos e fogões a gás Antes de iniciar a conversão propriamente dita, se faz necessário visitar o cliente e fazer um levantamento das peças necessárias para esta atividade, visto que alguns itens devem ser encomendados com antecedência, para evitar inconvenientes decorrentes da ausência de algumas peças indispensáveis à conversão dos equipamentos. Esta seção abordará de forma genérica as etapas de conversão de fornos e fogões a gás, abrangendo alguns dos modelos de fogões presentes no mercado. Descreveremos o procedimento básico para a conversão de um fogão de piso independente, podendo ser estendida para fogões similares. 5.3.1 Preparação dos aparelhos Nas diversas fases da conversão, sempre que possível, deve-se consultar o manual do fabricante, para obtenção de orientações detalhadas quanto à remoção de itens tais como: mesa, queimadores, registros, tubos de gás, entre outros. Antes de iniciar a desmontagem (FIG. 12 e 13), deve-se fechar o registro de gás e desconectar o aparelho da rede elétrica e da rede de gás. Remover os queimadores, trempes e a tampa da mesa do aparelho, com muita atenção nas tampas de vidro que ficam parafusadas na placa da mesa do aparelho. Em seguida, devem-se remover os manípulos, painel e tomada de gás, colocando-os em ordem para montá-los posteriormente. Figura 12: Remoção das trempes, queimadores, tampa e mesa Figura 13: Remoção dos manipuladores, painel e a tomada de gás. 5.3.2 Substituição dos injetores da mesa Os injetores originais de cada queimador ou registro (a posição depende do tipo de fogão) devem ser removidos e em seguida, trocados por injetores para gás natural (FIG. 14). Informações tais como: Tipos e tamanhos dos injetores normalmente podem ser encontrados nos manuais dos fabricantes. Os diâmetros dos injetores são selecionados em função da potência de cada queimador. Na Figura seguinte ilustramos a remoção dos injetores e registros de GLP e a montagem dos injetores e registros para GN. Figura 14: Remoção dos injetores e registros de GLP e montagem dos injetores e registros para GN. No caso de registros montados sob pressão, deve-se verificar o estado dos anéis de vedação e se necessário, providenciar a substituição. A diferença básica entre os injetores para gás natural e GLP é o diâmetro do furo dos injetores. Para o gás natural, o diâmetro do orifício é maior do que o diâmetro do furo dos injetores para GLP, permitindo maior vazão de gás. 5.3.3 Substituição dos registros de Gás Os registros dos queimadores de gás GLP devem ser substituídos por registros de gás natural, pois os registros para GLP fornecem uma vazão insuficiente se usados para gás natural. OBS: Alguns registros possuem um parafuso que permite a regulagem para diferentes tipos de gases conforme a Figura 15. A B Figura 15: Tipos de registro. A, registro convencional; B, registro multigás 5.3.4 Substituição da usina de ignição A usina ou ignitor deve ser trocada por uma de maior potência, pois com a modificação do gás de trabalho, há uma maior inércia na ignição da mistura ar-gás (FIG. 16). Desta forma, recomenda-se a utilização de uma usina mais potente para garantir uma rápida ignição da mistura atendendo aos requisitos de segurança e qualidade. Figura 16: Remoção e substituição da usina. 5.3.5 Substituição de injetores do Forno Em alguns modelos que possuem forno, para trocar o injetor, deve-se abrir a porta do forno e por debaixo do frontal do fogão (quadro de comandos), podem-se remover os parafusos e desencaixar o queimador. Em seguida, pode-se substituir o injetor convencional por outro para gás natural. 5.3.6 Particularidades quanto a estanqueidade Nos modelos de registro com rosca BSP, deve-se inspecionar o estado das anilhas, pois a sua condição determina a grau de estanqueidade do sistema. Nos modelos montados a pressão, deve-se lubrificar os anéis de vedação, com vistas a obter uma perfeita vedação. 5.4 Avaliação do desempenho e segurança da conversão 5.4.1 Índices mínimos de eficiência energética para fornos e fogões Segundo o Ministério de Minas e Energia os índices de eficiência energética a serem utilizados são definidos separadamente para a mesa de cocção e para o forno, como a seguir: Para queimadores de mesa O rendimento, em valor percentual, de um queimador da mesa de cocção é definido como a razão entre a quantidade de energia térmica (calor) efetivamente absorvida pelo conteúdo de um recipiente posicionado sobre o queimador para provocar uma determinada variação positiva da temperatura de seu conteúdo e a quantidade de energia térmica (calor) teoricamente oferecida pela combustão completa do gás em função de seu poder calorífico. Paramesas de cocção, o índice de eficiência utilizado é o rendimento médio dos queimadores da mesa (bocas), que é o valor da média aritmética dos rendimentos individuais, em valor percentual, dos queimadores da mesa. Para efeito desta regulamentação, consideram-se apenas os queimadores da mesa cuja potência nominal seja igual ou superior a 1,16 kW (1000 kcal/h), calculada sobre o poder calorífico superior do gás utilizado. Para fornos O índice de consumo de fornos é definido como a razão, em valor percentual, entre o valor do consumo de manutenção do forno medido no ensaio e o valor máximo calculado segundo a norma de ensaio para um forno de mesmo volume. Para fornos a gás, o indicador utilizado é o índice de eficiência do forno – IE, que é o complemento percentual do índice de consumo do forno – IC, conforme equação a seguir: IE = 100% - IC eq. (07) Os índices mínimos de eficiência energética a serem atendidos pelas mesas de cocção e pelos fornos são definidos na Tabela 7: Tabela 7: Índices mínimos de eficiência energética de fogões e fornos. Componentes Nº de bocas Índice de eficiência Valor mínimo Mesa de cocção Uma Rendimento do queimador único da mesa Duas ou mais Rendimento médio dos queimadores da mesa Forno - Índice de eficiência do Forno (IE) 54% 56% 33% Obs. 1: Para fogões com fornos incorporados, devem ser atendidos os índices mínimos, tanto de rendimento dos queimadores da mesa de cocção quanto de eficiência do forno. Obs. 2: O valor mínimo do índice de eficiência do forno é aplicável tanto para o forno incorporado como componente do fogão quanto para o forno como aparelho separado. Fonte: Brasil (2007) 5.4.2 Análise dos gases da combustão A conversão deve ser avaliada através de uma análise dos gases da combustão que é feita para cada um dos queimadores de mesa trabalhando individualmente ou simultaneamente, onde a quantidade de (CO)N (monóxido de carbono) nos produtos da combustão livre de excesso de ar e vapor de água não deve exceder os valores indicados na NBR 13723-1:2004. Para tanto o aparelho deve ser alimentado com um gás de referência, onde a quantidade de (CO)N nos produtos da combustão, não deve exceder 0,20% para aparelhos que utilizam gases da terceira família e 0,10% para aparelhos das demais famílias, 15 minutos após a ignição. Figura 17: Dispositivo de amostragem para análise dos gases da combustão 6 LINHA DE AQUECEDORES DE ÁGUA A GÁS 6.1 Tipos de aquecedores de água a gás Os aquecedores de água a gás podem ser classificados em tipos diferentes em função do método de aquecimento da água em seu interior. Desta forma encontramos os seguintes tipos: Aquecedores de água a gás tipo instantâneo (aquecedores de passagem): aparelho destinado ao aquecimento de água, sendo que esta circula continuamente através de um sistema de troca de calor, geralmente uma serpentina, onde é aquecida pela radiação da chama e pela energia térmica presente nos gases da combustão. Aquecedores de água a gás tipo acumulação: aparelho destinado ao aquecimento de água que possui acumulado em um tanque determinado volume de água aquecida. Tanto os aquecedores instantâneos quanto os de acumulação também podem ser classificados em função da sua característica de combustão, da seguinte forma: Aquecedores de circuito aberto: Estes aquecedores são aqueles nos quais o ar necessário para realizar a combustão completa do gás é captado na atmosfera do local onde se encontram instalados. Estes aparelhos devem sempre estar conectados a dutos de exaustão (chaminés), sendo que tanto estes dutos quanto o ambiente de instalação do aquecedor, devem estar em conformidade com a norma ABNT NBR 13103 – Instalação de aparelhos a gás para uso residencial – Requisitos dos ambientes. Aquecedores de circuito fechado: Estes aparelhos são aqueles nos quais o circuito de combustão (tomada de ar, câmara de combustão e saída de produtos de combustão) não possui comunicação alguma com a atmosfera do local em que se encontram instalados. Estes aparelhos, também conhecidos como aquecedores de fluxo balanceado, podem ser instalados em ambientes sem ventilação, já que não utilizam o ar do ambiente na combustão. 6.2 Aquecedores de água a gás tipo instantâneo Este tipo de aquecedor (FIG. 18) é muito utilizado principalmente em função da economia que representa (devido ao seu baixo valor no mercado e ao seu baixo consumo de combustível), à alta eficiência, ao fato de ser compacto (ocupa pouco espaço) e à segurança (se observadas todas as instruções de instalação e uso). O rendimento destes equipamentos normalmente é superior a 80%. Figura 18: Aquecedor de passagem As informações mais importantes para especificar este tipo de equipamentos são: Tipo de gás (GN, GLP ou outro gás); Vazão de água (l/min – litros por minuto): a forma comum de definir o aquecedor de passagem é utilizando a vazão de água do mesmo. Por exemplo: Aquecedor de passagem de 10 l/min; Pressão de água mínima para funcionamento (m.c.a. – metros de coluna de água): é um fator muito importante, tendo em vista que o aquecedor de passagem necessita uma pressão mínima de água tanto para que esta possa circular no seu interior (devido à perda de carga provocada pelos seus elementos), quanto para a água acionar o dispositivo de ignição do mesmo. Se não houver pressão suficiente na instalação, deve ser instalado um pressurizador para que a água possa circular na tubulação; Pressão máxima de água que o aparelho suporta (m.c.a.); Diâmetro da chaminé (mm); Bitola da entrada de água (polegada); Bitola da saída de água quente (polegada); Bitola da alimentação do gás (polegada). 6.2.1 Componentes básicos de aquecedores de passagem Além das tampas e botões, os aquecedores de passagem são basicamente constituídos de: Câmara de combustão: Trata-se de uma câmara de metal laminado (normalmente cobre banhado a estanho), circundada por uma tubulação em forma de serpentina na qual circula a água. Na parte superior da câmara de combustão a serpentina recebe aletas, sendo que nesta parte o contato com os gases de combustão é direto (sem a chapa de metal laminado). Estas aletas são usadas para melhorar a transferência de calor entre os gases de combustão e a água. Devido ao seu formato, esta parte superior da câmara de combustão é chamada de colméia. Defletor de exaustão: situado acima da colméia da câmara de combustão, este componente está diretamente ligado à tiragem dos gases de combustão. Este elemento possui um anel superior que se destina a acoplar a tubulação de exaustão (chaminé). Queimador principal: é o elemento que faz a mistura de ar e combustível de forma a realizar a queima da melhor forma possível. Neste estão localizados o conjunto de “cornetas”, o distribuidor de gás e os bicos injetores. Válvula de água: Neste elemento se dá a junção de todo o sistema de funcionamento do aquecedor. É composta por um sistema de molas e um diafragma, que libera a passagem do gás para o queimador quando há fluxo de água. Válvula de gás: Geralmente possui um obturador que regula a vazão de gás, estando ente obturador ligado ao diafragma da válvula de água. Também é neste elemento que normalmente encontramos uma válvula de bloqueio do tipo solenóide, que serve para bloquear a passagem do gás caso o fluxo de água não exista. A válvula solenóide também bloqueia a passagem do gás quando há condições anormais de funcionamento, como apagamento da chama. Controlador/programador eletrônico: É o “cérebro” do aquecedor, pois processa todas as informações referentes ao acendimento e manutenção da chama e a temperatura limite da água, atuando diretamente na válvula solenóide em casos anormais de funcionamento do equipamento. Este elemento libera a passagem de gás quando existe fluxo de água, gera a faísca de ignição,monitora a presença da chama e a temperatura de saída da água. 6.2.2 Modo de funcionamento Ao abrir o registro de água quente do chuveiro ou de alguma torneira a água começa a circular no interior do aquecedor de passagem, acionando uma chave de fluxo (fluxostato). Este fluxostato energiza o controlador/programador eletrônico que dá a partida ao sistema. Desta forma, quando o fluxo de água é estabelecido, a passagem de gás é aberta, liberando este para o queimador principal ou para o queimador piloto, dependendo do modelo do aquecedor. Instantaneamente, o programador ativa o transformador (usina) de ignição que gera a faísca no queimador, iniciando a reação de combustão. Juntamente com a operação descrita, o programador começa a monitorar a presença da chama através de um sensor de chama, sendo que caso esta não acenda ou venha a se apagar, o programador desenergiza a válvula solenóide, interrompendo a passagem do gás. Quando a torneira de água quente é fechada, o fluxo de água no aquecedor cessa, desacionando o fluxostato e desligando o programador e o aquecedor. Nota-se que este tipo de aquecedor só consome gás enquanto a água quente está sendo utilizada, trazendo uma economia no consumo do combustível. 6.3 Aquecedores de água a gás tipo acumulação Os aquecedores de acumulação são aqueles em que um determinado volume de água quente fica em seu interior. Este volume de água é aquecido em um determinado tempo, e depois mantido dentro de uma faixa de temperatura constantemente. Isso faz com que o aquecedor acenda mesmo sem haver consumo, visto que se a temperatura da água no interior do aquecedor cair abaixo de um determinado valor, este acende o queimador principal para elevar novamente a temperatura da água. A grande vantagem deste tipo de aquecedor é o fato de que ele abastece mais de um ponto de consumo simultaneamente, sem que haja redução na temperatura da água. Normalmente os aquecedores de passagem conseguem abastecer com água na temperatura ideal somente um ponto de consumo. Figura 19: Aquecedor de acumulação Fonte: Bosch do Brasil (2008) O dado mais importante destes aquecedores é a capacidade de volume de água que este consegue armazenar, variando normalmente entre 50 e 400l. Este e outros dados importantes em aquecedores de acumulação estão listados a seguir. Dimensões do aquecedor; Potência nominal; Rendimento: nestes equipamentos o rendimentos é em média 70% ; Tempo de elevação de temperatura (∆T = 20°C); Pressão máxima de água; Consumo de gás; Conexões de água; Conexão de gás; 6.3.1 Componentes básicos dos aquecedores de acumulação Um aquecedor de acumulação é apresentado na Figura 20. Os componentes básicos dos aquecedores de acumulação são listados a seguir: Tanque interno: Trata-se de um reservatório fabricado em chapa de aço no qual a água quente fica acumulada. O volume deste reservatório define a capacidade do aquecedor de acumulação, visto que é este volume de água que vai ser mantido a uma temperatura pré-determinada. Isolamento térmico: Normalmente feita com manta de lã de vidro que recobre e isola o tanque interno, reduzindo ao máximo as perdas de calor. Este material é importante e influencia muito no consumo de combustível do aquecedor de acumulação, visto que se a água for mantida na temperatura ideal por mais tempo, menos o queimador principal será aceso. Entrada de água fria: É um tubo cuja extremidade inferior encontra-se perto do controle de temperatura. Este tubo deve ser conectado ao sistema de água fria da residência. Saída de água quente: É à parte do aquecedor que irá alimentar a rede de água quente da residência. Esta saída encontra-se na parte superior do aquecedor de acumulação, visto que a água quente possui massa específica menor do que a água fria, acumulando- se na parte superior do tanque interno. Conforme a água quente sai do aquecedor (para o ponto de consumo) uma quantidade igual de água fria entra neste, para sés aquecida e disponibilizada ao consumidor. Condutor dos gases de combustão: Os gases de combustão são conduzidos por um tubo que fica localizado no centro do tanque interno, desde o queimador na sua parte inferior até o defletor na sua parte superior. No interior deste condutor dos gases de combustão há um retardador de calor, que aumenta a troca térmica entre os gases e a água no interior do tanque, aumentando a eficiência energética do aquecedor. Termostato: É o elemento responsável pelo controle da temperatura da água acumulada no interior do tanque interno do aquecedor. Se a temperatura da água no tanque interno diminuir, o termostato aciona o queimador principal para aumentar a temperatura da água novamente. Neste termostato há um seletor no qual a temperatura da água no interior do tanque pode ser definida. Piloto – termopar: Os aquecedores de acumulação possuem um queimador piloto de baixo consumo de gás que fica aceso em tempo integral. Este queimador piloto aquece um termopar de segurança que funciona como sensor de chama, sendo que no caso da chama apagar, a passagem de gás é bloqueada. Queimador principal: Na parte inferior do tanque interno dos aquecedores de acumulação há um queimador principal, que é responsável pela mistura de gás e ar na relação adequada para uma combustão eficiente e segura. A chama deste queimador principal é acesa pelo queimador piloto quando a temperatura da água no interior do tanque interno está abaixo do valor selecionado no termostato. Defletor: Na extremidade do tubo condutor dos gases de combustão há um defletor, responsável pela manutenção da saída dos gases da combustão. O ambiente de instalação e a exaustão dos gases de combustão neste tipo de aquecedores também deve ser feita conforme a norma ABNT NBR 13103. Dreno: O aquecedor de acumulação necessita de uma limpeza periódica e, para retirar toda a água do seu interior, existe um dreno com registro que facilita o esvaziamento total do tanque de água. Ânodo de magnésio: É um bastão de magnésio que evita a corrosão do tanque interno. Este bastão precisa ser trocado em média a cada dois anos, caso contrário podem se formar furos no tanque interno em função da corrosão. Figura 20: Aquecedor de acumulação. Fonte: Cumulus (2008) 6.3.2 Modo de funcionamento A temperatura da água nos aquecedores de acumulação pode ser regulada através do termostato, de acordo com as necessidades do consumo. Quando alguma torneira de água quente é aberta, ocorre no aquecedor um fluxo de água, saindo água quente e entrando água fria para ser aquecida. Em relação à segurança, se por qualquer razão for interrompido o fluxo de gás ou a chama piloto se apagar, o termostato corta totalmente a entrada de gás no aquecedor. Para colocar o aquecedor em funcionamento é necessário ativar o acionamento do termostato e do piloto de segurança, procedendo da seguinte maneira: 6.4 Etapas da conversão de aquecedores de água a gás O primeiro passo na conversão de aquecedores de água a gás é entrar em contato com o fabricante ou com o representante do modelo de aquecedor que deverá ser convertido, para buscar o kit com os elementos que deverão ser substituídos no equipamento. É importante que o convertedor trabalhe sempre em conjunto com o fabricante para utilizar as peças corretas, garantindo assim a manutenção da eficiência e a segurança dos usuários do equipamento. A conversão nunca deve ser feita adaptando os elementos já existentes para utilizar o novo combustível, como no caso de modificar manualmente o diâmetro dos injetores do equipamento. Este procedimento incorreto afeta a reação de combustão, podendo ocasionar o excesso de gases tóxicos nos produtos da combustão, colocando em risco a vida dos usuários do equipamentoconvertido. 6.4.1 Conversão de aquecedores de água a gás tipo instantâneo Devido às diferenças existentes entre o gás natural e o gás liquefeito de petróleo, alguns componentes precisam ser substituídos para haver uma correta conversão do equipamento. Os componentes substituídos na conversão dos aquecedores de passagem são: Bicos injetores: São os elementos que injetam o gás na quantidade certa no queimador. O número de bicos injetores varia em função do modelo do aquecedor, sendo que eles se encontram sempre na entrada das “cornetas” do queimador principal. A Figura 21 A e B, apresenta o conjunto de “cornetas” do queimador principal e o detalhe dos injetores. A B Figura 21: Conjunto de cornetas. A, queimador principal; B, posição dos injetores. Alteração da válvula de regulagem de chama: A válvula de regulagem de chama é o elemento que regula a vazão de gás para o aquecedor. Este elemento deve sofrer uma modificação na sua parte interna no momento da conversão, para que esteja compatível com a vazão do outro gás a ser utilizado. O elemento a ser substituído é o obturador da válvula de regulagem de chama (FIG. 22). Figura 22: Obturador da válvula de regulagem de chama. 6.4.2 Conversão de aquecedores de água a gás tipo acumulação Assim como nos aquecedores de passagem, nos aquecedores de acumulação também é necessário substituir alguns elementos no momento da conversão. Os itens são os seguintes: Injetor do queimador: Como já foi mencionado, é o elemento que injeta gás no queimador. Termostato: Elemento que libera a passagem de gás para o queimador piloto e para o queimador principal. Os elementos a serem substituídos variam em função do modelo e do fabricante do aquecedor, sendo por isso importante o contato com o fabricante, buscando informações corretas sobre estes elementos. 6.5 Avaliação do desempenho e segurança da conversão Conforme o INMETRO, os aquecedores de água a gás devem possuir algumas características específicas, comprovadas através de ensaios, para garantir a segurança e o desempenho dos equipamentos em funcionamento. Alguns destes itens estão listados a seguir. 6.5.1 Estanqueidade As peças condutoras de gás não podem apresentar vazamento superior a 70cm3/h quando submetidos a uma pressão de ensaio de 14,7kPa (1500 mm C.A.) de ar comprimido. Este ensaio ocorre com o aquecedor regulado para as condições normais de funcionamento. Já as peças condutoras de água devem permanecer estanques a uma pressão de ensaio de 1,5 vezes a máxima pressão de operação indicadas pelo fabricante. 6.5.2 Potência nominal A potência nominal será determinada em ensaios com gás de referência, podendo variar em relação ao valor estipulado pelo fabricante em ± 5%. 6.5.3 Característica higiênica (emissão de gases da combustão) Na avaliação das características higiênicas de aquecedores e água a gás devem ser verificados o nível de emissão de CON na chaminé e o nível de CO acumulado no ambiente. A norma técnica de referência para este tipo de análise é a ABNT NBR 13103 – Instalação de aparelhos a gás para uso residencial – Requisitos dos ambientes. As concentrações limites de CO neutro (isentas de ar e vapor d’água), nos produtos da combustão medidos na região de ligação da chaminé com o defletor do aquecedor, devem ser analisadas da seguinte forma: Valor menor que 500ppm: O aparelho deve ser considerado apto para uso; Valores entre 500 ppm e 1000 ppm: podem ser aceitos para funcionamento provisório em função de avaliação das condições gerais, estabelecendo-se o prazo para adequação final das condições de uso; Valores acima de 1000 ppm: o aparelho deve ser considerado inapto para uso. A concentração limite de CO medido no ambiente onde estão instalados os aquecedores de água a gás está limitada a 5 ppm, sendo a medição feita durante um intervalo de 5 minutos com o equipamento em funcionamento e nas piores condições possíveis de ventilação do ambiente. No caso de haver mais de um equipamento a gás no mesmo ambiente, este(s) deve(m) ser estar em funcionamento na potência máxima, durante o intervalo de tempo do teste. 6.5.4 Rendimento O rendimento não pode ser menor que 70%, devendo ser determinado em regime de permanência, na potência nominal com gás de referência, com uma vazão de 1 litro por minuto para cada 1000 kcal/h de potência nominal, devendo a temperatura de entrada de água ser igual ou superior a 15°C. 6.5.5 Temperatura da capa e dos controles Com o aquecedor operando com potência nominal a temperatura da capa não pode exceder 60°C, já a temperatura dos dispositivos de controle não pode exceder 50°C. Conclusões e recomendações A conversão de equipamentos residenciais a gás exige do profissional conhecimentos técnicos na área de condução de fluidos, combustão, meios de ligação de tubulações, ferramentas, saúde, segurança e meio ambiente. É fundamental que estes profissionais estejam capacitados e atualizados em relação aos procedimentos e às normas técnicas referentes ao assunto. Consciência de higiene também é muito importante para os convertedores de equipamentos residenciais de gás, visto que normalmente eles trabalham nas residências dos seus clientes, devendo observar e manter a limpeza do ambiente e o cuidado com os componentes e os equipamentos. Desta forma, esta atividade deve ser realizada sempre por profissionais qualificados, com treinamento específico na área e, preferencialmente, experiência no serviço. Instalação de tubos flexíveis Conexões utilizadas: O Adaptador de fecho rápido que vai direto ao bico do fogão e a outra parte na parte macho do tubo flexível O registro 90° de ½ para a saída do gás na parede, (mais utilizado, tem o 3/8 também) O registro evita que force a dobra do tubo flexível. Se caso na saída do fogão estiver como a parede,ou seja,tipo reto que vai forçar a dobra do tubo, poderá ser utilizado um niple mais um joelho para evitar a dobra do tubo, ele por si só já é muito resistente, mas é bom evitar esse forçar de dobra. Segue estes complementos já linkados. Estas duas peças poderá substituir o adaptador de fecho rápido se na entrada do fogão tiver uma rosca de ½. Temos estas peças, 2 em uma : e Veja um exemplo na figura de um fogão com a saída em rosca: Daí é só tirar este bico e colocar as peças acima. Se for o cano direto, a exemplo dos fogões DAKO, deve ser usado o adaptador, veja figura da saída sem rosca: Nunca se esquecer de vedar bem todas as conexões com fita teflon ou pasta vedante. Instrução de instalação – Fonte: Brastemp 1 - Rosqueie o adaptador junto à mangueira metálica flexível. Para auxiliar na vedação, utilize pasta vedante ou fita Teflon®. 2. Faça a fixação com auxílio de duas chaves de boca. 3. Coloque a porca do adaptador na entrada de gás. Em seguida, encaixe o adaptador e rosqueie a porca de fixação. Utilize duas chaves de boca para auxiliar o aperto. 4. Coloque a arruela de vedação dentro da rosca interna da mangueira metálica. 5. Verifique se o registro de gás está totalmente fechado. 6 -Rosqueie a mangueira metálica no registro de gás com o auxílio de duas chaves de boca. Utilize fita Teflon® ou pasta vedante para auxiliar na vedação. 7 - Após a instalação verifique se há vazamento de gás, abrindo o registro de gás e colocando um pouco de espuma de sabão em todas as conexões que foram manuseadas. Se houver formação de bolhas, feche o registro regulador e refaça a operação. Abra as janelas para mais segurança. Painel Setorial – Isolamento para a Linha Branca Refrigeradores e fogõesINTRODUÇÃO o isolamento térmico nos refrigeradores e freezers tem a função evitar/minimizar as trocas térmicas entre o interior e o exterior dos produtos, com o objetivo de manter as baixas temperaturas internas necessárias para preservação dos alimentos; Atualmente, o isolamento térmico largamente utilizado na indústria de refrigeradores domésticos é o poliuretano (PU). No passado, a lã de vidro teve larga aplicação; o PU também tem uma função secundária, porém não menos importante, que é a de prover estrutura mecânica e rigidez ao produto, com relevante contribuição estrutural e estética; Isolamento térmico cumpre relevante papel tanto na performance energética quanto na função estrutural dos produtos. O QUE É O POLIURETANO? POLYOL + ADITIVOS R’ – O – H AGENTE DE EXPANSÃO CFCs (R11), HCFCs (R141b), HCs (cicloisopentano) CABEÇOTE DE INJEÇÃO ESPUMA DE PU ISOCIANATO (MDI) R – N = C = O Processabilidade: Velocidade de reação (tempo de gel e de creme), tempo de desmoldagem, etc. Funções chave: Isolamento Estrutura A formulação da espuma de PU deve ter balanceamento tal que permita atingir os requisitos de processo e de produto ao mesmo tempo. Interdependência dos parâmetros, um impacta o outro. CENÁRIO GLOBAL ENERGIA X MEIO AMBIENTE – REFRIGERAÇÃO Metas de consumo de energia cada vez mais desafiadoras, em contraste com requisitos ambientais e regulamentações crescentes em relação as espumas de poliuretano, mais especificamente em relação aos agentes de expansão comumente utilizados; Período de maiores alterações durante os últimos 20 anos, com impactos econômicos significativos para os negócios (Protocolos de Montreal e Kyoto, regulamentações locais, classificação energética); Cenário é global e, com algumas diferenças e particularidades, vem ocorrendo na grande maioria dos países e regiões do mundo (EUA, Europa, Índia, Austrália, China, América Latina, México, etc.); Decisões sobre isolamento térmico fortemente impactadas pelo cenário de metas de energia e de regulamentações. HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO DO ISOLAMENTO TÉRMICO / DESEMPENHO DA ESPUMA λ total [mW/mK] : regulamentações ambientais vêm (Foam Thermal Conductivity) Contribution Cell Matrix Blowing Agent Cell Size Negligible restringindo o uso de agentes de expansão mais eficientes; Range [mW/mK] 2-5 8-26 1-4 - Fonte: Basf Fonte: BASF com o agente de expansão definido, reduz- se significativamente oportunidades para melhorias de performance de isolamento; melhorias incrementais importantes vêm sendo desenvolvidas junto aos fornecedores para as famílias de poliuretano utilizadas pela indústria de refrigeradores domésticos; Comparativo fator K entre diferentes tipos de espuma PU Tipo espuma CFC HCFC HFC HC R-11 141b 245fa C-pentano ODP = Ozone Depletion Potential Fator K (*) Ref + 6 / 8% + 9 / 12% + 13 / 17% (*) Valores típicos GWP = Global Warming Potential 7 EVOLUÇÃO HISTÓRICA NO BRASIL REFRIGERADOR 1 PORTA 06 55 ~5% conversão R11 para R141b 05 54 ~8% conversão R141b 04 para C-Pentano y = 0,078x + 19,81 1996 53 - 43% 30 52 - 24% 02 51 2011 y = 0,028x + 16,67 01 2-5% perda de volume passando de norma AHAM para ISO 5 0 1996 2011 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Fonte: Eletros Volume Ajustado(L) Melhoria de performance obtida através otimização dos trocadores de calor, melhoria no fluxo de ar, eficiência de compressores, etc. 8 MATERIAIS DE ISOLAMENTO TÉRMICO TÍPICOS UTILIZADOS NA INDÚSTRIA DE ELETRODOMÉSTICOS Comparação entre materiais de isolamento Condutividade térmica Material Pros Cons 0.003 Painel Isolamento à Vácuo (VIP) Melhor perform. de isolamento; Parede fina; Versatilidade. maior custo; perdas laterais; 0.010 Espuma com Sílica - Aerogel aplicabilidade custo elevado; estrutura; 0.020 0.040 0.100 Orgânicos - espuma de PU - EPS Inorgânico - Lã de vidro; - Lã de rocha; - Perlite. bom isolamento comparado com inorgânico; Tipo prancha. baixo custo; não inflamável; limite de isolamento; deformação. resistência à baixa umidade baixa tensão; baixo isolamento; poeira. Alto custo das novas alternativas/tecnologias de isolamento são uma barreira à sua implementação, bem como os requisitos estruturais associados. CUSTO E EVOLUÇÃO ENERGÉTICA Custo/Dificuldade limite dos compressores de alta eficiência Compressores alta eficiência aprox. 2x mais caros dos que compressores tradicionais Produtos Brasil $$$$$ - VCC - Painel à vácuo - Dual evaporator - Condensação forçada FONTE: ELETROS Custo / m2 de 6 a 7 vezes mais elevado do que o PU Evolução Energia Custo energia é exponencial: quanto mais desafiadoras as metas à serem atingidas, maiores os custos das tecnologias envolvidas. FORÇAS CHAVE DEMANDANDO DECISÕES Governamentais & Meio Ambiente Energia • Protocolos Montreal / Kyoto • Iniciativas específicas de cada país • Regulamentações • Desequilíbrio entre oferta e demanda Base fornecedores • Phase-out de materiais • Risco de alto custo e indisponibilidade de materiais (PU / BA) • Desenvolvimento de novos materiais O balanço adequado entre as 3 forças chave definem a melhor escolha do isolamento térmico. O impacto das decisões afeta o longo prazo... PERSPECTIVAS PARA OS PRÓXIMOS ANOS Curto Prazo (próximos 2 anos) melhoria de formulação / novas tecnologias de Polióis / MDI; melhoria do processo de injeção da espuma através de: menor tamanho de célula; melhoria de distribuição do fator K; Simulação de injeção PU. Médio a longo prazo (>= a 2 anos) processos de injeção e/ou isolamento à vácuo; materiais: novos agentes de expansão (HFOs); desenvolvimento de novas tecnologias de isolamento. Curto Prazo: menor risco/custo e ganho incremental de energia ~ 2 a 3% Médio/longo prazo: maior risco/custo com maior ganho em energia ~ 3 a 7% ISOLAMENTO TÉRMICO É UM COMPONENTE ESTRATÉGICO E FUNDAMENTAL PARA A PERFORMANCE DOS REFRIGERADORES CADÊNCIA CUSTO COMPETITIVO SUSTENTABILIDADE DIFERENCIAÇÃO e VANTAGEM COMPETITIVA Inovação é a chave para o sucesso em todas as dimensões do produto, inclusive em relação a melhoria de Eficiência Energética/Isolamento Térmico. 2. Sistemas de Isolamento Fogões INTRODUÇÃO Fogões têm utilizado no Brasil nos últimos 50 anos lã de vidro ou lã de rocha; Globalmente utiliza-se, além das lãs citadas, a fibra cerâmica. São materiais porosos e o que provê isolamento é o ar armazenado em seu interior. O coeficiente de isolação térmica varia em função da espessura, densidade e temperatura de operação, sendo em média 0,08W/m.K a 260ºC; Escolha do materialde isolamento está associada ao desempenho do produto e equilíbrio de custo. APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! APLICAÇÃO Lasanha Assamento = temperatura + convecção! EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A norma de consumo energético atualmente aplicada, item 3.2 NBR 13723-2, especifica que o consumo deve ser avaliado através da vazão mássica de gás necessária para manter a cavidade a 210ºC + TA em vazio por um período de tempo; Esse método de medição não considera o uso real do produto, no qual o forno precisa manter a temperatura com uma carga de alimento dentro da cavidade; Além de manter a temperatura interna do forno considerando uma carga, o forno deve ter um balanceamento adequado entre temperatura interna e convecção de ar para o assamento correto do alimento; EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Esse balanceamento é obtido com o adequado isolamento da cavidade, evitando perdas de calor pelas paredes, e o correto fluxo de ar, obtido através das aberturas no chão do forno, que permitem a entrada do ar na cavidade, e o projeto da chaminé, que permite a correta exaustão do ar quente; A norma atual de consumo não considera esse balanceamento entre temperatura interna da cavidade e fluxo de ar, e sim, apenas a manutenção da temperatura interna, o que não garante que o produto tenha bom assamento; Em alguns casos, é possível encontrar produtos cuja classificação energética é A e o tempo de assamento de, por exemplo, um bolo é muito acima do desejável, acabando por consumir mais gás; RESULTADOS DE TESTES REAIS Bolo Produto A Assamento: Qualidade: Aceitável Tempo: 10”+ 30” = 40” Consumo de gás: 37,29L Produto B Assamento: Qualidade: Inaceitável Tempo: 10”+ 40” = 50” Consumo de gás: 43L AMBOS OS PRODUTOS TÊM CLASSIFICAÇÃO A RESULTADOS DE TESTES REAIS Pão de queijo Produto A Assamento: Qualidade: Aceitável Tempo: 10”+ 40” = 50” Consumo de gás: 44,58L Produto B Assamento: Qualidade: Inaceitável Tempo: 10”+ 40” = 50” Consumo de gás: 43,23L AMBOS OS PRODUTOS TÊM CLASSIFICAÇÃO A FUTURO – PROPOSTA DE MEDIÇÃO O desenvolvimento de fornos e fogões deve contemplar o menor consumo de gás, porém, sem prejudicar o assamento adequado do alimento. A norma deveria avaliar o volume de gás necessário para aquecer uma carga padrão, procedimento esse que levaria a indústria ao caminho correto de desenvolver fogões com a eficiência avaliada da forma mais próxima possível à realidade de uso; Vale comentar que a eficiência dos queimadores de mesa já é hoje medida considerando o consumo de gás para elevar a temperatura de uma quantidade determinada de água, sendo assim mais próxima ao uso real do consumidor; Também a norma Européia faz a medição do consumo energético de fornos com base na elevação da temperatura interna de um material padrão (European IEC 60350 Energy Consumption Test).