Consumo de energia da têmpera de vidro: como não ser enganado por dados falsos (parte 2/2)

Nesta segunda parte do nosso blogue sobre o consumo de energia no processo de têmpera do vidro, vou aprofundar os pormenores de modo a explicar alguns dos princípios por trás do aquecimento e do resfriamento.

Conhecer a determinação de diferentes métricas o ajudará a compreender o processo de têmpera, bem como os custos associados aos requisitos energéticos. Depois de aprendido, é útil saber para que ninguém o possa enganar com números fornecendo dados de desempenho irrelevantes ou excessivamente otimistas.

Leis da física para o consumo de energia

Energia térmica

A energia necessária para aquecer o vidro pode ser calculada com a fórmula:

E = ΔT * c * m, donde

E = Energia necessária para aquecer o vidro
ΔT = Alteração de temperatura
c = Capacidade específica de aquecimento do vidro
m = Massa do vidro

Vejamos o exemplo de uma folha de vidro com 1 m² e 4 mm de espessura. Neste caso, os valores seriam:

ΔT = 610 °C
c =  1.1 kJ / kg * °C
m = 1 m² * 2500 kg/m³ * 0,004 m = 10 kg

*Note que a capacidade térmica específica do vidro altera-se em função da temperatura! O valor à temperatura ambiente é de cerca de 0.78 kJ / kG * °C, enquanto a média específica de aquecimento entre +20 °C e +630 °C é 1.1 kJ / kG * °C. 

Ao colocarmos este valore na fórmula supra, obtemos:

E = 610 °C x 1.1  kJ / kg * °C * 10 kg = 6710 kJ = 1.9 kWh = 0.475 kWh/m²*mm

De acordo com os resultados calculados, vemos que é impossível aquecer uma folha de vidro com 4 mm de +20 °C a +630 °C utilizando menos energia do que 1,9 kWh. Em termos mais universais, isto significa que o aquecimento requer no mínimo 0.475 kWh/m²*mm. Ao multiplicar este valor pela espessura do vidro, obtemos a energia mínima necessária para aquecer este pedaço de vidro.

Lembre-se de que isto não é tudo. Para calcular o consumo total de energia, necessita também de somar a perda de energia, a convecção dos sopradores e o processo de resfriamento do vidro aos cálculos supra.

Energia de resfriamento

A segunda fase da têmpera é o resfriamento. Esta é também a parte na qual os processadores de vidro podem afetar o consumo total de energia por metro quadrado processado. Porquê? Os fornos modernos, regra geral, funcionam de modo a que a quantidade de vidro a ser temperado não afete a eficiência energética da máquina. Isto significa que não é importante se vai utilizar 5% ou 90% da área máxima de carga. O consumo de energia por metro quadrado será aproximadamente o mesmo em ambos os casos.

A eficiência da carga desempenha um papel muito maior no processo de resfriamento. Os refrigeradores utilizam, normalmente, a mesma área de sopro em todos os casos. Se utilizar apenas 5% da sua área de carga, a maior parte da energia criada pelos sopradores de resfriamento é desperdiçada.

A energia de resfriamento requerida depende, principalmente, da área de carga utilizada – e, em segundo lugar, da tecnologia do soprador. Uma boa regra, com cerca de 90% de eficiência de carga e moderna tecnologia do soprador, a energia necessária seria de cerca de 0.125 kWh/m²*mm.

A tabela seguinte ilustra o efeito da eficiência de carga no consumo total de energia por metro quadrado com um vidro de 4 mm. O exemplo é calculado com uma área de carga máxima de 2,4 x 4,8 metros.

*O exemplo supra não tem em consideração a energia necessária para a convecção, uma vez que as diferentes tecnologias utilizam diferentes quantidades de energia, motivo pelo qual, na realidade, os valores deveriam ser ligeiramente mais elevados. O objetivo deste exemplo é ilustrar o efeito da eficiência de carga e quais poderão ser as taxas mínimas que poderemos ver realmente na produção.

Como pode ver, o efeito da eficiência de carga no consumo de energia por metro quadrado é enorme.

A tecnologia do forno é essencial

Do exemplo supra, vemos que as maiores poupanças de energia vêm do lado do refrigerador. Cargas maiores levam a uma redução significativa no consumo de energia por metro quadrado processado.

Todavia, a tecnologia do forno é essencial para poder executar grandes cargas. Ao selecionar um forno de têmpera, assegure-se de que este permite a utilização das respetivas áreas de carga da forma mais eficiente possível sem comprometer a qualidade do vidro.

O impacto da potência instalada de uma máquina também intervém aqui. Se o forno não tiver potência suficiente, não poderá executar grandes cargas continuamente – mesmo que possa processar cargas únicas. O forno tem de poder recuperar da carga anterior o mais depressa possível. Se o forno não estiver suficientemente quente quando a carga seguinte entra, terá problemas. Quando pode executar a produção sem atrasos de carga desnecessários, pode atingir uma maior capacidade e baixar o consumo de energia por metro quadrado, porque perde sempre alguma energia quando o forno está ligado – quer haja ou não vidro no interior.

Para terminar, espero que esta análise do consumo de energia na fase de têmpera do vidro ajude a que compreenda melhor os termos utilizados pelos fornecedores no setor. Espero que sirva como uma boa verificação prática para a seleção da próxima linha de têmpera. E, acima de tudo, quero que esteja bem informado para que possa avaliar os números de forma informada, uma vez que estes podem não ser apresentados no seu melhor interesse.

Para uma boa síntese, pode ver a animação Consumo de energia na têmpera do vidro publicada há algum tempo.

3.11.2017 Riku Färm