I

DICKSON SUGAHARA 

 

 

 

 

 

OTIMIZAÇÃO DE UM FORNO DE REAQUECIMENTO A 

ÓLEO – CONTROLE DE EMISSÕES E CRÉDITO DE 

CARBONO 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dissertação apresentada à Faculdade de 

Engenharia do Campus de Guaratinguetá, 

Universidade Estadual Paulista, para a 

obtenção do título de Mestre em Engenharia 

Mecânica na área de Transmissão e 

Conversão de Energia. 

 

Orientador: Prof. Dr. João Andrade de Carvalho Jr. 

 

 

 

 



 II

DADOS CURRICULARES 

 

DICKSON SUGAHARA 

 

 

 

 

 

NASCIMENTO 26.08.1958 – OSVALDO CRUZ / SP 

  

FILIAÇÃO Tatsuo Sugahara 

 Takako Sugahara 

  

1978/1984 Curso de Graduação em Engenharia Metalúrgica 

 Escola Politécnica - Universidade de São Paulo 

  

  

2005/2008 Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 

nível de Mestrado, na Faculdade de Engenharia do 

Campus de Guaratinguetá da Universidade Estadual 

Paulista.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 III

 AGRADECIMENTOS 

 

À todos os professores que me incentivaram a desenvolver esse trabalho e em 

especial ao meu orientador Prof. Dr. João Andrade de Carvalho Jr. que com muita 

paciência acreditou e me auxiliou nessa jornada.  

 

À minha família que muitas vezes abdicou de atividades em minha companhia 

para que pudesse estudar e complementar esse trabalho. 

 

À antigos companheiros de trabalho que me auxiliaram na correção do sistema 

de combustão do forno estudado e na coleta dos dados. 

 

Ao Engenheiro Msc. André de Castro que ajudou na escolha do equipamento de 

análise e no treinamento para a operação. 

 

À Ecofuel pelo apoio e pelas análises preliminares. 

 

E finalmente à BR Distribuidora que forneceu dados e estudos dos óleos pesados 

e que possibilitou a aquisição do analisador utilizado no trabalho. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 IV

SUGAHARA, D. Otimização de um forno de reaquecimento a óleo – controle de 

emissões e crédito de carbono. 2008. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 

Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade 

Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2008. 

 

 

RESUMO 

 

 

Esse trabalho destina-se ao estudo da relação entre as condições de operação e o 

nível de emissão de CO2 em um forno de soleira rotativa, a óleo, utilizado para o 

reaquecimento de blocos de aço carbono para forjamento de rodas ferroviárias. O foco 

principal foi a redução na emissão de CO2 e a possibilidade de geração de créditos de 

carbono. Inicialmente foram apresentadas as características do sistema de aquecimento 

e suas influências no desempenho geral do forjamento. Em complemento foram 

expostas algumas condições de emissões relacionadas ao combustível e ao 

funcionamento do sistema de combustão. Foram selecionados parâmetros para a 

correção das condições de operação e ajustados para o tipo de combustível utilizado. A 

verificação foi feita através de análises de atmosfera. A metodologia foi eficiente e 

mostrou uma redução de 0,5% na concentração de CO2 nos gases de combustão que 

equivale a uma redução de 3,6% na emissão total de CO2. 

 

 

PALAVRAS-CHAVE: emissão de CO2, créditos de carbono, forjamento, sistema de 

combustão. 

 

 

 

 

 



 V

SUGAHARA, D.  Reheating oil furnace optimization – emissions control and 

carbon credit. 2008. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – 

Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual 

Paulista, Guaratinguetá, 2008. 

 

 

 

 

ABSTRACT  

 

This work studied the relation between the operation condition and the level of 

CO2 emission in an oil rotary furnace used to reheat steel carbon blocks to forge rail 

wheels. The main focus was a CO2 reduction emission and carbon credits revenue. 

Initially, the heating system characteristics and its influence in the forging 

performance were presented. Additionally, some emission conditions related to the 

fuel and combustion system working were exposed. Parameters were selected to 

correct the operation condition and adjusted to the type of the fuel used. The results 

were verified by atmosphere analysis. The methodology was efficient and shows 0,5% 

reduction in the concentration of CO2 in the combustion gases or 3,6% reduction in 

CO2 total emission. 

 

 

KEYWORDS: CO2 emission, carbon credit, forging, combustion system. 

 

 

 

 

 

 

 

 



 VI

 

LISTA DE FIGURAS 

 

Figura 1 Esquema de um forno de soleira rotativa. 3

Figura 2 Esquema de um forno de soleira rotativa, vista em corte. 3

Figura 3 Calor absorvido em função da espessura. 4

Figura 4 Consumo final de energia por fonte. 8

Figura 5 Oferta interna de energia. 9

Figura 6 Produção e consumo de petróleo no Brasil. 10

Figura 7 Consumo de derivados de petróleo por setor. 10

Figura 8 Consumo de gás natural por aplicação. 11

Figura 9 Suprimento de energia mundial total e emissão de CO2.  11

Figura 10 Suprimento de energia mundial por fonte. 12

Figura 11 Contribuição dos gases para o efeito estufa. 12

Figura 12 Emissão de NOx em função do tamanho médio de gota. 20

Figura 13 Emissão de NOx em função do número de swirl. 21

Figura 14 Queimador com injeção estagiada de combustível e oxidante. 22

Figura 15 Queima de uma gota – chama concêntrica. 23

Figura 16 Modos de combustão de gota. 25

Figura 17 Combustão simples de gota. 25

Figura 18 Combustão de grupo interno. 26

Figura 19 Combustão de grupo externo. 26

Figura 20 Combustão de grupo externo com envelope de chama. 27

Figura 21 Emissão de poluentes e produção. 29

Figura 22 Capacidade instalada do FGD nos Estados Unidos, Japão, 

Alemanha e resto do mundo. 

30

Figura 23 Capacidade instalada do SCR em plantas a carvão nos 

Estados Unidos, Japão, Alemanha e resto do mundo. 

31

Figura 24 Relação entre energia renovável e energia não renovável. 34

Figura 25 Emissão de CO2 em função do uso de energia. 34

Figura 26 Evolução do consumo de energia nos últimos 25 anos no 37



 VII

Brasil. 

Figura 27 Consumo de energia por setor (1975 a 2000). 38

Figura 28 Demanda de energia por setor. 41

Figura 29 Emissão de dióxido de carbono. 41

Figura 30 Estrutura da carepa. 42

Figura 31 Teores de óxidos de ferro em função da temperatura. 43

Figura 32 Perda por oxidação em função da temperatura da superfície. 44

Figura 33 Perda por oxidação em função do tempo. 45

Figura 34 Vista lateral do forno de soleira rotativa. 50

Figura 35 Prensa 6.000tf. 51

Figura 36 Laminador. 52

Figura 37 Prensa 1.560 tf. 52

Figura 38 Fossa de resfriamento controlado. 53

Figura 39 Parâmetro de combustão do forno rotativo, zona 1. 57

Figura 40 Parâmetro de combustão do forno rotativo, zona 2. 58

Figura 41 Parâmetro de combustão do forno rotativo, zona 3. 59

Figura 42 Parâmetro de combustão do forno rotativo, zona 4. 60

Figura 43 Sistema de distribuição de ar. 66

Figura 44 Esquema geral de distribuição de óleo. 67

Figura 45 Disposição geral dos queimadores antes das modificações. 68

Figura 46 Disposição geral do queimador Ipem 50/25. 69

Figura 47 Vista em corte do queimador Ipem 50/25. 69

Figura 48 Análise preliminar. 80

Figura 49 Análise da Zona 2 do Forno rotativo com o sistema não 

corrigido. 

81

Figura 50 Análise da Zona 3 do Forno rotativo com o sistema não 

corrigido. 

82

Figura 51 Análise da Zona 2 do Forno rotativo com o sistema corrigido. 82

Figura 52 Análise da Zona 3 do Forno rotativo com o sistema corrigido. 83

Figura 53 Análises da Zona 2 do Forno Rotativo com as duas condições 

sobrepostas. 

84



 VIII

 

Figura 54 

 

Análises da Zona 2 do Forno Rotativo com as duas condições 

sobrepostas. 

84

Figura 55 Concentrações como função do tempo, para a zona 3 do 

forno rotativo. 

85

Figura 56 Valores de CO2 para o excesso de ar de 20% no sistema 

corrigido e não corrigido. 

87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 IX

 

 

LISTA DE TABELAS 

 

Tabela 1 Fatores de emissão de CO2.  18

Tabela 2 Redução de emissão de CO2 para os anos de 2010 e 2020. 36

Tabela 3 Suprimento de energia. 39

Tabela 4 Compostos corrosivos de enxofre. 47

Tabela 5 Tipos de óleos, poder calorífico inferior e temperatura de 

queima. 

49

Tabela 6 Dados básicos dos aquecedores da linha de alimentação de 

óleo pesado. 

54

Tabela 7 Dados básicos dos sopradores do sistema de combustão. 55

Tabela 8 Dados básicos das bombas de alimentação de óleo pesado. 55

Tabela 9 Dados básicos dos queimadores do sistema de combustão. 55

Tabela 10 Especificação do óleo 3A.. 70

Tabela 11 Tabela comparativa de óleos tipo A. 71

Tabela 12 Tabela de viscosidade em função da temperatura. 72

Tabela 13 Relatório de análise da Ecofuel. 78

Tabela 14 Dados do analisador novo, copiados e prontos para a geração 

do gráfico. 

79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 X

 

 

SUMÁRIO 
 

Folha de rosto I

Dados curriculares II

Agradecimentos III

Resumo IV

Abstract V

Lista de figuras VI

Lista de tabela IX

Sumário X

Capítulo 1 – Introdução 1

1.1 Objetivo do trabalho 1

1.2 Motivação do trabalho 1

1.3 Histórico e características do sistema de aquecimento 2

1.4 Estrutura do trabalho 5

Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 6

2.1 Fornos de reaquecimento 6

2.2 Emissões 7

2.3 Combustíveis líquidos 21

2.4 Redução de emissões 27

2.5 Formação de carepa 41

2.6 Óleos combustíveis 46

Capítulo 3 – O forno estudado 50

3.1 Características do equipamento 50

3.2 Níveis de emissões 56

Capítulo 4 – Descrição da metodologia 62

4.1 Preliminares 62

4.2 Primeira etapa 62

4.3 Segunda etapa 63



 XI

4.4 Terceira etapa 64

4.5 Quarta etapa 73

4.6 Quinta etapa 74

4.7 Sexta etapa 75

4.8 Sétima etapa 76

Capítulo 5 – Resultados e discussão 77

5.1 Preliminares 77

5.2 Análise qualitativa 80

5.3 Análise de resultados 81

Capítulo 6 – Conclusões e recomendações para trabalhos futuros 89

Referências 90

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 



 1

Capítulo 1 

 

Introdução 

 
1.1 Objetivo do trabalho 

 

Esse trabalho teve como objetivo principal o estudo da viabilidade de redução da 

emissão de CO2 a partir da otimização do sistema de combustão aplicado em forno de 

reaquecimento. Concomitantemente, estudou-se a possibilidade de geração de Créditos de 

Carbono resultantes dessa redução de emissão. 

 

1.2 Motivação do trabalho 

 

O trabalho teve início com a investigação dos motivos do desempenho irregular da 

linha de forjamento de rodas ferroviárias da MWL BRASIL. Foram identificados alguns 

fatores que influenciavam negativamente o desempenho, entre eles a condição de 

aquecimento dos blocos oriundos do forno de soleira rotativa e que alimenta exclusivamente a 

linha de forjamento. 

 

Desde a instalação desse forno algumas modificações foram introduzidas no sistema 

de combustão, mas nenhum estudo foi realizado para avaliar a capacidade de aquecimento em 

relação às modificações implementadas e às cargas normalmente aplicadas. Também pouco se 

fez para desenvolver métodos e equipamentos para reduzir o consumo de óleo e a emissão de 

gases. 

 

 A análise do sistema de combustão desse forno mostrou que alguns parâmetros 

precisariam ser modificados para regularizar seu desempenho e que seria possível reduzir suas 

emissões. Através dessas melhorias, além da otimização do processo com redução de 

consumo, poderia se obter de créditos de carbono que traria um ganho extra para a empresa.  

 

 

 

 



 2

1.3 Histórico e características do sistema de aquecimento 

 

 O forjamento de peças pesadas requer um aquecimento lento e gradual em que as perdas 

por oxidação dependem do tipo de sistema de combustão aplicado. Por ser um processo de 

alto consumo de energia e baixo custo agregado, a maior parte das forjarias pesadas utiliza 

fornos de reaquecimento a combustível, pois as características dos materiais permitem um 

grau de perda por oxidação bastante elevada. 

 

Assim como nos processos de laminação, os combustíveis mais empregados nos 

processos de forjamento são óleo pesado e gás (Roberts, 1983). Os fornos modernos utilizam 

gás como fonte de energia, já os mais antigos ainda são a óleo. Esses fornos antigos podem 

ser convertidos a gás a um custo bastante elevado e, dependendo do tipo de óleo utilizado, sua 

amortização torna-se inviável. O tipo de combustível empregado é determinado em função 

das necessidades do processo de aquecimento e do material a ser aquecido. 

 

Fornos de soleira rotativa são bastante empregados em forjarias pesadas e de alta 

produtividade (Lankford, 1985). São fornos, do tipo contínuo, cujas soleiras giram em um 

plano horizontal e seus sistemas de manuseio permitem o carregamento e descarregamento 

alternado de peças (Figuras 1 e 2). 

 

Construídos a partir de estruturas metálicas e revestidos de material refratário, têm a 

desvantagem do alto custo de construção, pouca área efetiva de trabalho, ocupam grande 

espaço e têm custo de manutenção elevado. Em contrapartida, permitem trabalho contínuo e 

um controle de temperatura ao longo do processo mais eficiente em função da disposição dos 

queimadores e da divisão em zonas. 

 

O controle de temperatura é feito através de termopares instalados nos pontos 

representativos das zonas de aquecimento e normalmente dispostos no teto do forno. Nos 

fornos modernos, a medição da temperatura comanda a quantidade de combustível a ser 

injetado e a relação ar/combustível permitindo um controle mais efetivo da atmosfera da 

câmara de combustão. 

 

A seleção do forno se faz a partir das características do material como área da 

superfície, geometria, composição química, emissividade e das variáveis de processo a ser 



 3

utilizado. Ainda são levados em consideração a capacidade desejada, o espaço disponível, os 

equipamentos auxiliares e as características metalúrgicas no aquecimento. 

 
Figura 1 – Esquema de um forno de soleira rotativa. 

 

 
Figura 2 – Esquema de um forno de soleira rotativa, vista em corte. 

 

A eficiência térmica de um forno é definida como a relação entre o calor requerido 

para elevar a temperatura da carga de sua temperatura inicial até a temperatura de trabalho e o 

calor total fornecido pelo sistema de combustão. A eficiência térmica varia entre 5 e 60%, 

mas para fornos de alta capacidade e dotados de recuperadores e boa isolação térmica a 

eficiência térmica varia entre 30 e 40% (Lankford, 1985). 



 4

A eficiência térmica de um forno está intimamente ligada à temperatura de 

enfornamento da carga, aos sistemas de recuperação de calor como regeneradores e 

recuperadores, ao esquema de operação do forno, aos sistemas de vedação do forno, ao tipo 

de refratário utilizado no revestimento e condições de manutenção. Historicamente, em 

regime de trabalho, são necessárias de 349.000 a 5.230.000 kJ/t aço aquecido (83.357 a 

1.249.164 kcal/t aço aquecido) (Lankford, 1985). 

 

As perdas de calor que resultam em baixa eficiência térmica são inerentes aos 

processos e às formas construtivas dos fornos e a principal delas é a perda pelos gases de 

exaustão. Outras perdas podem ser listadas como condução através do refratário das paredes, 

teto e soleira, radiação na abertura do forno, absorção pelo sistema de refrigeração de portas e 

selo da soleira, pelo excesso de ar de combustão e combustíveis não queimados lançados nos 

gases de exaustão. 

 

Aços de alto carbono requerem ciclos de aquecimento mais longos comparados aos 

aços de baixo carbono. Para um mesmo aço, o aquecimento ocorre em velocidades diferentes 

para diferentes espessuras. A Figura 3 mostra as diferentes taxas de absorção de calor para um 

mesmo tipo de aço em função da espessura do material aquecido. 

 

   
Figura 3 – Calor absorvido em função da espessura (para aço médio carbono). 



 5

1.4 Estrutura do trabalho 

 

O trabalho foi desenvolvido a partir do estudo das características do forno e seus 

periféricos. Como complemento, algumas análises de atmosfera foram feitas a partir de Março 

de 2001 e intensificadas a partir do desenvolvimento do trabalho proposto. 

 

Inicialmente as análises de atmosfera mostraram um funcionamento completamente 

irregular e que não era possível controlar o nível de emissões na condição apresentada. 

 

O capítulo 2 constitui-se em uma revisão bibliográfica sobre os temas principais 

ligados ao desenvolvimento do trabalho: fornos de reaquecimento, emissões atmosféricas, 

combustão de gotas e sprays, métodos para redução de taxas de emissão, formação de carepa, 

e óleos combustíveis pesados. 

 

O capítulo 3 mostra o levantamento e todas as características do forno e seus 

periféricos e as análises de atmosfera preliminares. Com esses dados foi desenvolvida uma 

metodologia que trouxesse os resultados esperados no trabalho. 

   

O capítulo 4 traz a metodologia desenvolvida e aplicada em sete etapas, que satisfez as 

expectativas e justificou o trabalho. A redução conseguida cria a possibilidade de se obter 

créditos de carbono, desde que mantida e estabilizada, registrada e auditada. 

 

Os resultados obtidos são discutidos no capítulo 5. As conclusões e recomendações 

para trabalho futuro na mesma linha do trabalho desta dissertação são apresentadas no 

capítulo 6. 

 

 

 

 

 

 



 6

Capítulo 2 

 

Revisão Bibliográfica 
 

2.1 Fornos de reaquecimento 

 

Fornos de reaquecimento a combustão permanecem em evidência. Por seu baixo custo 

operacional é um tipo de forno voltado a processos de baixo custo agregado como o 

forjamento de peças grandes. 

 

A função dos fornos de reaquecimento é aquecer o material, de maneira uniforme, até 

uma temperatura em que a plasticidade seja suficiente para receber a deformação programada, 

seja por forjamento ou por laminação.  

 

Normalmente são dotados de sistemas de carregamento e descarregamento adequados 

ao tipo e tamanho do material a ser manuseado e ao ritmo da produção. A capacidade de 

aquecimento do forno está relacionada à área da soleira e usualmente não ultrapassa 

1.200kg/m2 (Lankford, 1985). 

 

A velocidade de aquecimento de peças grandes para forjamento deve ser 

cuidadosamente controlada para evitar trincas, fusão da pele, descarbonetação e geração 

excessiva de carepa na superfície. O controle no aquecimento também leva em consideração a 

composição química, a geometria e o histórico do tipo de material (Lankford, 1985). 

 

Através desses controles pode-se obter temperatura uniforme em toda a peça, da 

superfície ao núcleo, no menor tempo possível, minimizando a formação de carepa e 

descarbonetação da superfície. 

 

O aquecimento geralmente ocorre em patamares de temperatura. Nos fornos isso é 

obtido pela separação em zonas de temperaturas diferentes; apesar de não haver separação 

física é possível obter temperaturas diferentes através dos controles independentes dos 

queimadores. 

 



 7

Em fornos de soleira rotativa, os queimadores normalmente estão dispostos 

radialmente na lateral e podem operar individualmente. A divisão virtual desses queimadores 

e a operação independente de cada um permitem a manutenção de temperatura diferente em 

cada zona determinada. 

 

Empiricamente, após a zona crítica de aquecimento (800°C), o aço pode ser aquecido 

a uma taxa de 22 a 33°C por hora até a temperatura de forjamento. Isso equivale a 45 min a 1 

hora por 25 mm do diâmetro da peça a ser aquecida. 

 

A temperatura de forjamento determinada deve permitir as melhores condições de 

deformação ao mesmo tempo produzir ao final do forjamento a melhor microestrutura para 

obtenção das propriedades mecânica após tratamento térmico. Temperaturas de forjamento 

finais mais baixas produzem microestrutura mais refinada que resultam em melhores 

propriedades mecânicas após o tratamento térmico. Apesar disso deve-se ter cautela, pois 

temperaturas muito baixas provocam rupturas internas no material pela tensão excessiva 

gerada no processo de forjamento. 

 

Outras medidas de prevenção devem ser adotadas para evitar a queima e o 

superaquecimento das peças. A queima é caracterizada pela fusão e oxidação em contorno de 

grão austenítico, e é visível, uma vez que há o rompimento da pele do material. O 

superaquecimento não é visível, mas seu efeito é percebido no momento dos ensaios 

mecânicos pela baixa tenacidade e baixa dutilidade. 

 

Para o bom funcionamento de qualquer sistema de combustão aplicado a esses fornos 

são necessários estudos profundos de combustão e combustíveis. Entenda-se como bom 

funcionamento, não apenas o aspecto do maior rendimento térmico, mas também o menor 

índice de emissões atmosféricas. 

 

2.2 Emissões 

 

Combustão é definida como uma reação exotérmica rápida que libera grande 

quantidade de energia na forma de calor e chama é definida como reação de combustão com a 

capacidade de propagar através de um meio apropriado (El-Mahallawy e El-Din Habik, 

2002). Emissões atmosféricas são produtos que deixam o local do processo através do ar e 



 8

que lançados na atmosfera, misturam-se com o ar e são levados pelo vento em movimento não 

controlado (Carvalho e Lacava, 2003). 

 

Atualmente no Brasil apenas 16,2% da energia consumida não é proveniente de 

combustão (BEN, 2005), conforme mostram as Figuras 4 e 5. Isso gera uma grande 

preocupação em relação ao meio ambiente. Mesmo sabendo que 47,8% dessa energia são 

provenientes de fontes renováveis, as emissões já atingiram um nível alarmante e vêm 

desencadeando efeitos nocivos como o efeito estufa. 

 

           
Figura 4 – Consumo final de energia por fonte (BEN, 2005). 

 

 

Para se ter uma noção da situação atual, os setores que mais contribuem no caso de 

emissões atmosféricas são o industrial e o de transporte, que no Brasil é basicamente 

rodoviário. O setor industrial corresponde a 37,8% e o de transporte a 26,9% do consumo 

total de energia, mesmo excluindo 7,76% correspondente ao consumo de eletricidade na 

indústria e 0,05% no transporte isso ainda representa um alto nível de emissões. Apesar desse 

cenário, os sistemas de combustão irão perdurar por muitas décadas na área de energia, pois a 

maioria dos países ainda centra o aproveitamento energético na queima de combustíveis 

CONSUMO FINAL POR FONTE (%)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1
9
7
4

1
9
7
7

1
9
8
0

1
9
8
3

1
9
8
6

1
9
8
9

1
9
9
2

1
9
9
5

1
9
9
8

2
0
0
1

2
0
0
4

LENHA

BAGAÇO DE CANA 

ELETRICIDADE

ÁLCOOL

DERIVADOS DE PETRÓLEO

OUTRAS



 9

(Carvalho e Lacava, 2003). A oferta de energia no Brasil também é baseada nessas mesmas 

fontes (BEN, 2005). 

 

 

 
 

Figura 5 – Oferta interna de energia (BEN, 2005); *tep = tonelada equivalente de petróleo. 

 

 

Do total de energia ofertada, 39,1% é oriunda de derivados de petróleo, isso apesar do 

volume produzido ser inferior ao consumido. Em relação ao petróleo, os setores que mais 

consomem são o de transporte e o industrial, representando 50,9% e 13,1%, respectivamente, 

conforme mostram as Figuras 6 a 8. 

 

OFERTA INTERNA DE ENERGIA (106 tep)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1
9
7
4

1
9
7
7

1
9
8
0

1
9
8
3

1
9
8
6

1
9
8
9

1
9
9
2

1
9
9
5

1
9
9
8

2
0
0
1

2
0
0
4

PETRÓLEO E DERIVADOS

LENHA E CARVÃO VEGETAL HIDRÁULICA E ELETRICIDADE

DERIVADOS DA CANA

CARVÃO MINERAL

OUTROS



 10

 
Figura 6 – Produção e consumo de petróleo no Brasil (BEN, 2005). 

 

 

 

 
Figura 7 – Consumo de derivados de petróleo por setor (BEN, 2005). 

CONSUMO TOTAL DE DERIVADOS DE PETRÓLEO E 
DE GÁS NATURAL (106 tep)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1
9
7
4

1
9
7
7

1
9
8
0

1
9
8
3

1
9
8
6

1
9
8
9

1
9
9
2

1
9
9
5

1
9
9
8

2
0
0
1

2
0
0
4

TRANSPORTES

OUTROSINDUSTRIAL

NÃO-ENERGÉTICO

PETRÓLEO - 106 m3

0

20

40

60

80

100

1
9
7
4

1
9
7
7

1
9
8
0

1
9
8
3

1
9
8
6

1
9
8
9

1
9
9
2

1
9
9
5

1
9
9
8

2
0
0
1

2
0
0
4

CONSUMO TOTAL

PRODUÇÃO



 11

 
Figura 8 – Consumo de gás natural por aplicação (BEN, 2005). 

 

Mundialmente o cenário permanece o mesmo, ou seja, com crescimento no consumo 

de energia e, conseqüentemente, nas emissões atmosféricas, conforme mostram as Figuras 9 e 

10. 

 

 
 

Figura 9 – Suprimento de energia mundial total e emissão de CO2 (El-Mahallawy e El-Din 

Habik, 2002). 

GÁS NATURAL (%)

0

20

40

60

80

1
9
7
4

1
9
7
7

1
9
8
0

1
9
8
3

1
9
8
6

1
9
8
9

1
9
9
2

1
9
9
5

1
9
9
8

2
0
0
1

2
0
0
4

CONSUMO FINAL 
ENERGÉTICO

CONSUMO FINAL NÃO 
ENERGÉTICO

TRANSFORMAÇÃO



 12

 
 

Figura 10 – Suprimento de energia mundial por fonte (El-Mahallawy e El-Din Habik, 2002). 

 

As emissões atmosféricas resultantes de processos de combustão ganharam projeção a 

partir da década de 1970 quando as preocupações com o meio ambiente entraram em 

evidência. Nas décadas de 1980 e 1990 o aquecimento global atingiu nível alarmante devido 

ao efeito estufa. 

 

O efeito estufa é aumento da temperatura da terra devido à absorção dos raios 

infravermelhos emitidos pela superfície da Terra por gases, cujas contribuições relativas estão 

representadas na Figura 11. A maior contribuição corresponde ao CO2 com 70%, seguido pelo 

CH4 (metano) com 27%, e pelo N2O (óxido nitroso) (Lora, 2002). 

 

 

 
 

Figura 11 – Contribuição dos gases para o efeito estufa (Lora, 2002). 

 



 13

Em 1896, Arrhenius alertou sobre os possíveis impactos ambientais do aumento da 

concentração de CO2 na atmosfera (El-Mahallawy e El-Din Habik, 2002). No século XIX, o 

francês Jean Fournier identificou o efeito estufa e, em 1938, o cientista G. Callendar publicou 

um artigo (“The Artificial Production of Carbon Dioxide and its Influence on Temperature”) 

em que afirmava que a utilização de combustíveis fósseis aumenta a concentração de CO2 na 

atmosfera com conseqüentes mudanças climáticas (Lora, 2002). 

 

Não só o efeito estufa preocupa, mas a poluição atmosférica em geral também. Os 

principais causadores de poluição atmosférica são oriundos dos gases de combustão. O 

material particulado, o dióxido de enxofre (SO2), os óxidos de nitrogênio (NOx), o monóxidos 

de carbono (CO), o dióxido de carbono (CO2), os hidrocarbonetos não-queimados, as dioxinas 

e os furanos presentes nos gases de combustão podem ser avaliados e ter suas concentrações 

medidas e diminuídas antes de lançados na atmosfera pelas chaminés. 

 

Há métodos de medição da concentração diretos (equipamentos de análise de 

atmosfera) e indiretos (calculados a partir da composição do combustível queimado). 

 

A estimativa de geração de poluentes em um processo de combustão pode ser obtida 

através do cálculo das concentrações dos componentes dos gases nessa reação de combustão 

(Carvalho e Lacava, 2003). Como exemplo mais simples, toma-se uma reação genérica de 

combustão de metano com excesso de ar normalizado (�): 

 

1 CH4 + 2� O2 + 7,52� N2 � 1 CO2 + 2 H2O + 7,52� N2 + 2(� – 1) O2 .                    

 

As concentrações dos componentes dos gases de combustão serão: 

 

� �
152,9
)1(2

)1(252,721
)1(2O2 ��

��
�

������
��

� , 

 

152,9
1]CO[ 2 ��

� , 

 

152,9
52,7]N[ 2 ��

�
�  . 



 14

Como nos analisadores há a eliminação de água, consideraram-se as concentrações em base 

seca (subscrito BS): 

 

152,9
)1(2]O[ BS2 ��

��
� , 

 

� �
152,9

1CO BS2 ��
� , 

 

� �
152,9

52,7N BS2 ��
�

� . 

 

Para um excesso de ar de 10%, tem-se � = 1,1, resultando nas seguintes concentrações: 

 

� 	 %11,2
11,1x52,9

)11,1(2]O[ BS2 �
�

�
� , 

 

� � � 	 %56,10
11,1x52,9

1CO BS2 �
�

� , 

 

� � � 	 %33,87
11,1x52,9

1,1x52,7N BS2 �
�

� . 

 

As concentrações de CO, CO2, O2, NOx e SO2 são normalmente determinadas com o 

uso de um analisador, portátil ou contínuo, do tipo infravermelho ou do tipo célula 

eletroquímica. Esses equipamentos são bastante difundidos nos meios industriais, 

principalmente os portáteis por serem fáceis de transportar e manusear. A partir dessas 

análises, que são quase instantâneas, pode-se corrigir a mistura nos queimadores e reduzir as 

emissões. 

 

A combustão incompleta resulta em emissão de monóxido de carbono (CO), que além 

de poluir também gera perda de energia, uma vez que deixou gerar calor, pois foi oxidado 

apenas parcialmente. O monóxido de carbono é um gás inodoro e bastante venenoso. Sua 



 15

aspiração pode acarretar um simples desconforto com dor de cabeça leve até o óbito 

(Carvalho e Lacava, 2003). 

 

Durante a combustão dos hidrocarbonetos há a formação do CO e, posteriormente, a 

oxidação deste para CO2. A oxidação do CO é lenta, mas na presença de compostos de 

hidrogênio essa oxidação é acelerada. Pequenas quantidades de H2O ou H2 provocam uma 

aceleração bastante significativa na oxidação do CO, pois a oxidação com o radical OH é 

muito mais rápida do que com o O2 e O. 

 

A reação global da formação e oxidação do CO é composta por 7 reações: 

 

O  CO  O  CO 22 �
�                                                                                                                 (a) 

 

OH  OH  OH  O 2 �
�                                                                                                               (b) 

 

H  CO  OH  CO 2 �
�                                                                                                                (c) 

 

O  OH  O  H 2 �
�                                                                                                                     (d) 

 

H  OH  H  O 2 �
�                                                                                                                     (e) 

 

O  OH  H  OH 2 �
�                                                                                                                  (f) 

 

OH  CO  HO  CO 22 �
�                                                                                                           (g) 

 

A reação que rege a oxidação do CO é a reação (c), mas a reação (a) é a que inicia o 

mecanismo. A reação (b) é a formadora de radial hidróxilo e a reação (g) é outra reação de 

oxidação, mas somente quando ocorre o radical HO2. 

 

A oxidação do CO para CO2 não significa a eliminação de um poluente, mas criação 

de outro poluente. O CO2 é o maior responsável pelo efeito estufa na terra. Apesar de o efeito 

estufa ser necessário para a manutenção da temperatura da terra, o excesso desse efeito é 



 16

bastante danoso ao meio ambiente, pois gera mudanças climáticas que podem ser 

catastróficas. 

 

Parte dos hidrocarbonetos não queimados – UHC (Unburned HydroCarbons) presentes 

nos gases de combustão é proveniente de degradação térmica do combustível primário em 

hidrocarbonetos de menor peso molecular que são arrastados sem sofrer oxidação completa e 

parte são provenientes de fase gasosa ou gotículas de combustível que não sofreram oxidação 

completa por tempo de residência na câmara de combustão insuficientes ou por deficiência na 

mistura entre reagentes. 

 

Dioxinas são compostos orgânicos conhecidos quimicamente de dibenzo-p-dioxinas 

cuja forma clorada usualmente é chamada de dioxina. Furanos são compostos conhecidos 

como dibenzofuranos. Sua forma clorada é chamada de furano. Esses compostos podem fazer 

parte da composição dos gases de combustão quando ocorre combustão incompleta ou quando 

há a recombinação dos gases de combustão com compostos clorados. Estudos em animais 

mostraram que tanto as dioxinas quanto os furanos são cancerígenos e afetam a reprodução, 

mesmo em pequenas doses. Apesar disso, seu efeito em humanos ainda está sendo estudado. 

 

As emissões não naturais de dióxido de enxofre (SO2) são provenientes da queima de 

carvão (61%), da queima de óleo (25%), da fusão de minério de sulfeto de cobre (10%) e da 

fusão de sulfeto de zinco e chumbo (1,5%) (Carvalho e Lacava, 2003). Por ter um tempo de 

vida bastante longo na atmosfera (de 2 a 6 dias), o dióxido de enxofre pode viajar até cerca de 

4.000 km longe de sua fonte emissora. Apesar de lançados normalmente por chaminés 

bastante altas esses gases podem se deslocar a centenas de quilômetros antes de sua dispersão 

completa se o nível de turbulência encontrado na atmosfera for baixo. 

 

Um processo complexo de oxidação do dióxido de enxofre na atmosfera o leva à 

formação de ácido sulfúrico: 

 

HO + SO2  �  HSO3 

 

HSO3 + O2  �  HSO5 

 

HSO5 + NO  � HSO4 + NO2 



 17

 

HSO4 + NO2 + H2O  �  H2SO4 + HNO3 

 

O ácido sulfúrico solubilizado no vapor de água das nuvens é posteriormente 

depositado no solo, nas águas e nas plantas pelo efeito da chuva. Essa chuva ácida 

normalmente contém ácido nítrico que é formado a partir dos óxidos de nitrogênio (NOx). Há 

também a deposição seca a partir de gases ácidos e partículas. Metade do material ácido sofre 

deposição seca pela ação dos ventos. 

 

A chuva ácida, como diz o nome, além de acidificar lagos e correntes de água também 

ataca pinturas, deteriora estruturas de edifícios, danifica a vegetação, prejudica a visibilidade e 

também afeta a saúde pública. 

 

Os óxidos de nitrogênio genericamente chamados de NOx são a soma de monóxido de 

nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) gerados nos processos de combustão. O NO é 

formado em quantidades muito maiores que o NO2, mas após lançamento na atmosfera logo 

se transforma em NO2 devido à baixa temperatura ambiente. Nessa temperatura a relação 

NO2/NO é de cerca de3, acima de 500°C esse número cai abaixo de 0,15. 

 

A formação de NOx se dá em altas temperaturas e em atmosferas oxidantes, mas a 

utilização de combustíveis com teores de nitrogênio maiores também contribui para a 

formação. 

 

Como poluente, além de provocar a chuva ácida também participa de reações 

fotoquímicas que formam o smog fotoquímico e prejudicam a visibilidade. A ação de raios 

ultravioleta decompõe o NO2 e leva à formação de ozônio (O3). O NOx e o O3 provocam 

edema pulmonar, pois são solúveis em gordura e penetram profundamente nos alvéolos 

desnaturando as proteínas e transformando-os em tecidos porosos que acumulam lentamente 

um líquido espumoso. A formação do ozônio troposférico dá-se segundo o esquema: 

 

NO2 + UV  �  NO + O 

 

O + O2  �  O3  

 



 18

O smog fotoquímico é de tonalidade marrom-amarelada e aparece em forma de névoa 

sobre as áreas urbanas em dias ensolarados e de temperatura alta. O smog é composto por 

ozônio (O3), NOx, componentes orgânicos voláteis, SO2, aerossóis e material particulado 

(Carvalho e Lacava, 2003). 

 

A redução de emissão de poluentes pode ser determinada a partir de técnicas de 

controle de operação dos sistemas de combustão, além do desenvolvimento de equipamentos 

específicos para essa finalidade. 

 

A minimização da emissão de CO2 pode ser obtida através do enriquecimento do ar de 

combustão com oxigênio. Uma vez que a concentração de oxigênio aumenta, 

proporcionalmente a concentração de nitrogênio cai e com isso há uma menor absorção de 

energia por parte do nitrogênio que não gera calor. Com isso a necessidade de calor é menor e 

consequentemente há uma menor injeção de combustíveis na câmara de combustão, gerando 

uma quantidade menor de CO2. A utilização de gás natural é outro fator que pode contribuir 

para a redução da emissão de CO2, uma vez que sua combustão gera quantidade menor se 

comparado a outros combustíveis. A Tabela 1 mostra os fatores de emissão de CO2 para a 

combustão de diferentes combustíveis. 

 

Tabela 1 – Fatores de emissão de CO2 (El-Mahallawy e El-Din Habik, 2002). 

Fator de emissão de CO2 

Tipo combustível ton CO2/ton comb. Tipo combustível ton CO2/ton comb. 

GLP 2,9837 Óleo Diesel 3,2093 

Gasolina 3,1046 Óleo combustível 3,1094 

Querosene 3,2160 Outros óleos 2,9473 

Óleo médio 3,2093 Gás Natural 2,615 

 

 

No caso do CO, desenvolvimentos na área de queimadores estão sendo feitos para 

melhorar a mistura entre combustível e ar e propiciar uma melhor combustão. Apesar disso 

não pode ser negligenciada a utilização de um mínimo de excesso de ar se a operação do 

equipamento assim o permitir. 

 



 19

Métodos preventivos e métodos corretivos podem ser aplicados na redução da emissão 

de SO2. Como método preventivo, pode-se aplicar os processos de dessulfurização do 

combustível que retira o enxofre antes da queima. É um método de alto custo e nem sempre 

viável economicamente. Como prevenção, a situação ideal é a utilização de combustíveis com 

baixo teor de enxofre ou mesmo a substituição por gás natural. O gás natural hoje representa 

6,4% do consumo total de energéticos no Brasil e desses 6,4%, 66,2% são consumidos para 

fins energéticos. 

 

Os métodos corretivos podem ser aplicados durante ou após a queima. Um exemplo 

durante a queima é a aplicação de combustores tipo leito fluidizado em que um material 

absorvente (cal, calcário ou dolomita) retém o enxofre. Se o agente absorvente for a cal a 

remoção será através da seguinte reação: 

 

CaO + ½ O2 + SO2  � CaSO4   

 

Comercialmente, os sistemas de dessulfurização dos gases de combustão por lavagem 

dos produtos de combustão são bastante difundidos. Nesses sistemas são aplicados agentes 

absorventes líquidos/gasosos que contém cal, calcário ou cinza alcalina. O desempenho desses 

sistemas chega a 90-95% de eficiência desde que a concentração de SO2 nos gases esteja 

limitada a 5.000 ppm de SO2 (Carvalho e Lacava, 2003). 

 

O controle de emissão de NOx pode ser executado durante ou após a combustão. 

Algumas técnicas podem reduzir a emissão de NOx, mas por outro lado podem aumentar a 

emissão de outros poluentes ou reduzir a eficiência do processo. 

 

Alguns métodos de controle durante a combustão podem ser aplicados a um custo 

relativamente reduzido. O controle da mistura por meio de atomizadores com fluido auxiliar 

podem variar o tamanho de gota e consequentemente alterar a formação de NOx. Essa 

alteração se dá pela alteração do tempo de vaporização das gotas; gotas menores com tempo 

de vaporização menor misturam-se rapidamente ao ar de combustão obtendo temperatura 

mais elevada e consequentemente formação maior de NOx, conforme mostra a Figura 12. 

 



 20

                     
 

Figura 12 – Emissão de NOx em função do tamanho médio de gota (Lacava, 2000). 

 

Outra forma de controle da mistura é pela alteração da zona de recirculação a jusante 

do queimador que tem como função a manutenção da chama nas proximidades do queimador. 

Um dispositivo denominado ancorador de chama é inserido em posição estratégica no 

queimador para tal fim. Esses ancoradores podem ser de dois tipos: de corpos rombudos ou de 

geradores vorticais (swirlers). 

 

Os de corpos rombudos são pouco utilizados uma vez que seu desenvolvimento é 

totalmente empírico por não haver uma teoria abrangente disponível para seu projeto. 

Geralmente são cônicos e com rasgos ou orifícios que permitem a passagem direta de ar para 

resfriamento a fim de evitar o superaquecimento com formação de carbono na face posterior. 

 

Já os swirlers são bastante difundidos em queimadores industriais e em turbinas a gás, 

pois podem ser projetados com o auxílio de expressões matemáticas em seu dimensionamento 

(Turns, 2000). Nesse caso a estabilização da chama se dá por rotação onde os gradientes de 

pressão radiais e axiais controlam o escoamento. Há a formação de uma zona de recirculação 

interna onde o spray é lançado e apenas parte do oxigênio necessário é suprido. Nessa zona 

ocorre parte da combustão, em atmosfera rica com alta concentração de hidrocarbonetos não 

queimados e CO e que resulta em baixa formação de NOx, conforme mostra a Figura 13. 

 

0 20 40 60 80 100
Tamanho médio das gotas [   m]

30

40

50

60

70

80

90

100

110

N
O

x 
[p

pm
]



 21

              
 

Figura 13 – Emissão de NOx em função do número de swirl (Lacava, 2000). 

 

O número de swirl é um adimensional que caracteriza a intensidade do swirl e está 

diretamente relacionado ao perfil de velocidade e à pressão estática na seção de saída do 

queimador. 

 

A combustão estagiada é outra técnica de redução de NOx. Seu princípio está baseado 

na combinação de zonas ricas e pobres na câmara de combustão (Figura 14), o que evita o 

aparecimento de condições favoráveis de temperatura e concentração para a formação do 

NOx. Responde bem na combustão de hidrocarbonetos com ar, mesmo que o ar seja pré-

aquecido acima de 1.000°C condição que normalmente gera alta emissão de NOx. 

 

2.3 Combustão de líquidos 

 

Outro fator importante no controle de emissões gasosas é a forma com que a queima 

se processa. A queima de uma gota em atmosfera oxidante segue os seguintes passos: 

 

� Evaporação do combustível da superfície. 

 

� Difusão da parte evaporada para a chama. 

0 1 2 3 4 5 6 7 8
S'

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

N
O

x 
[p

pm
]



 22

  

� Difusão do oxigênio para a chama. 

 
 

 

 
 

Figura 14 – Queimador com injeção estagiada de combustível e oxidante (Carvalho e Lacava, 

2003). 

 

 

Nessa queima ocorrem as seguintes etapas: 

 

� Retardo de ignição: quando ainda não há combustão, apenas há a vaporização pelos gases 

quentes até que a mistura seja capaz de sustentar a combustão. 

 

� Queima da gota: nessa etapa ocorre a maior parte da queima, obedecendo a Lei D2 de 

evaporação. 

 

� Queima residual: quando a gota não existe mais e são queimados os gases resultantes de 

sua vaporização. 

 

A queima da gota produz uma chama concêntrica (Figura 15). A queima da gota se 

processa segundo a lei D2 de evaporação: 

 



 23

tDD 2
o

2 ��� , 

 

onde D é o diâmetro instantâneo da gota, D0 é o diâmetro inicial da gota,  � é a constante de 

evaporação e t é o tempo. Para hidrocarbonetos queimando em ar a constante � vale (10 ± 2) 

cm2. s-1. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

  

Figura 15 – Queima de uma gota – chama concêntrica (Turns, 2000). 

 

O tempo de queima, tq, é determinado quando o tamanho da gota é D = 0: 

 

�
�

2
0

q
D

t . 

 

Em condições operacionais o combustível é injetado em forma de spray onde as gotas 

não estão mais em uma atmosfera totalmente oxidante devido aos produtos da evaporação das 

gotas. A queima dos combustíveis líquidos segue as seguintes etapas: 

 

� Atomização: o combustível é desagregado em pequenas gotas através de processos 

mecânicos. 

 

� Evaporação: o combustível já atomizado é evaporado pela ação do calor da chama. 

 



 24

� Mistura: o combustível na fase gasosa se mistura ao comburente formando uma mistura 

inflamável. 

 

� Combustão: queima da mistura liberando energia na forma de calor. 

 

Os sistemas que queimam combustíveis líquidos normalmente operam com chamas de 

difusão, onde as fases de mistura e combustão ocorrem simultaneamente. 

 

Sistemas de combustão industriais geram sprays densos cujas gotas não queimam 

individualmente e sim formam uma chama coletiva ao redor da nuvem de gotas. Esse 

procedimento é denominado combustão de grupo (Paz, 2007). 

 

No centro da nuvem o oxidante é insuficiente para a queima individual das gotas que 

apenas vaporizam são transportados para a área exterior do spray onde é misturado ao 

oxidante para queimar. 

 

A taxa de queima da nuvem é mais baixa que a de uma simples gota, portanto o tempo 

de queima da nuvem é maior que o tempo de queima da gota. 

 

Há quatro modos de combustão de grupo: 

 

� Combustão simples de uma gota. 

 

� Combustão de grupo interno. 

 

� Combustão de grupo externo. 

 

� Combustão de grupo externo com envelope de chama. 

 

A Figura 16 mostra os modos de combustão como função da distância adimensional entre as 

gotas. As Figuras 17 a 20 mostram especificamente cada um dos modos. 

 

 



 25

                
Figura 16 – Modos de combustão de gota (d: distância média entre gotas; rl: raio médio da 

gota). 

 

 

                                          
Figura 17 – Combustão simples de uma gota. 



 26

                                               
 

Figura 18 – Combustão de grupo interno. 

 

 

 

 

                                         
 

Figura 19 – Combustão de grupo externo. 

 

 

 



 27

 
 

Figura 20 – Combustão de grupo externo com envelope de chama. 

 

Na combustão simples de uma gota a difusão de oxidante para o interior da nuvem é 

suficiente para a combustão individual da gota. Na combustão de grupo interno há uma zona 

de gotas vaporizando, pois a difusão de oxidante para o interior da nuvem tem velocidade 

inferior à de vaporização. Apenas na parte externa da nuvem há oxidante suficiente para 

permitir a combustão individual de gotas. 

 

A combustão de grupo externo apresenta uma região em que as gotas apenas 

vaporizam por deficiência de oxidante e outra em que os vapores queimam. A combustão de 

grupo externo com envelope de chama apresenta uma região mais interna em que há uma 

nuvem de gotas não vaporizadas, uma outra camada de gotas vaporizando e a camada externa 

em que os vapores queimam. 

 

2.4 Redução de emissões 

 

Lopez e Mandujano (2005) descrevem o ganho na qualidade do ar com a substituição 

parcial do óleo combustível pesado por gás natural. No México, como em outros países, o 

crescimento no consumo de óleo acompanhou o desenvolvimento industrial. O óleo utilizado 

contém cerca de 3,8% de enxofre, que impacta de maneira negativa a qualidade do ar, pois 

emite grande quantidade de SO2 e particulado. 

 



 28

Uma alternativa para a redução da poluição é a utilização de gás natural, mas 

infelizmente há falta do combustível e a maior parte é importada no México. Outra 

dificuldade envolve o aspecto econômico, pois a troca de combustível é bastante onerosa e 

envolve grandes investimentos, tanto público como privado. O custo associado para o 

emprego do gás natural é fator importante na avaliação da viabilidade do uso. 

 

No experimento relatado, foram empregados três laboratórios móveis que executaram 

as análises simultaneamente, monitorando o dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio 

(NOx), monóxido de carbono (CO), ozônio e partículas em suspensão. Dados meteorológicos 

também foram colhidos nesse experimento (direção e velocidade do vento, temperatura 

ambiente, pressão atmosférica e radiação solar). 

 

Os métodos de análise foram aprovados e sugeridos pela Agência de Proteção ao Meio 

Ambiente dos Estados Unidos (US EPA), as áreas selecionadas baseadas em históricos de 

ventos predominantes para a avaliação da dispersão de poluentes, as informações sobre 

emissões foram obtidas da autoridade do meio ambiente do México e ainda incluíram 

informações sobre combustíveis (óleo pesado e gás natural) e as correspondentes capacidades 

produtivas. 

 

O resultado mostrou que a substituição parcial de óleo pesado pelo gás natural reduziu 

o nível de emissão de poluentes de maneira bastante significativa (Figura 21). 

 

Muitos estudos foram realizados ao longo dos anos, mas a maioria dos modelos 

utilizados ignora o impacto da inovação e difusão da tecnologia ambiental.  

 

Rubin et al. (2004) apresentam dados de duas tecnologias de controle cujos resultados 

são bastante positivos. São sistemas aplicados em plantas movidas a carvão e largamente 

difundidos. O sistema de dessulfurização de gás de combustão (FDG – Flue Gas 

Dessulfurization) utilizado para controlar a emissão de SO2 e o sistema de redução catalítica 

seletiva (SCR – Seletive Catalytic Reduction) para controlar a emissão de NOx. Fazem o 

controle pós-combustão em caldeiras e fornos e são considerados os mais eficientes na 

remoção de poluentes em plantas a carvão. 

 

 



 29

 
Figura 21 – Emissão de poluentes e produção no México (Lopes e Mandujano, 2005). 

 

 

O FGD domina o mercado de sistemas dessulfurizadores com cerca de 86%. São dois 

tipos de sistema: um conhecido como “wet” FGD que utiliza cal ou calcário como reagente 

químico e que remove cerca de 90% do SO2, mas pode atingir até 99% e o “Dry” FGD que 

usa cal como reagente químico aplicado em sistema de spray seco, sendo menos eficiente que 

o “Wet” FGD. Ambas as tecnologias atendem plenamente as rígidas especificações da norma 

de desempenho de novas fontes dos Estados Unidos (NPS – New Source Performance 

Standards). A Figura 22 apresenta a capacidade instalada de equipamentos FGD em diferentes 

locais. 

 

Esses sistemas têm como desvantagem a geração de resíduo sólido que tem que ser 

tratado para ser aproveitado ou descartado. 

 

Cada país adota suas próprias medidas de controle. Nos países industrializados o rigor 

das medidas adotadas levou as empresas a adotar o FGD como estratégia de controle de 

emissão de SO2 por ser bastante eficiente. 

 

 



 30

 
Figura 22 – Capacidade instalada do FGD nos Estados Unidos, Japão, Alemanha e resto do 

mundo (Rubin et al., 2004). 

 

Nos Estados Unidos o Congresso exige o uso do que chamam de “melhor tecnologia 

de controle disponível” (BACT – Best Available Control Technology). Em 1971 a Agência de 

Proteção ao Meio ambiente definiu um padrão de desempenho cujo limite de emissão para o 

SO2 era de 1,2 lb/MBtu de energia introduzida na caldeira, o que corresponde a 75% de 

redução na emissão. 

 

Após revisão pelo Congresso em 1979 a  redução na emissão de SO2 passou a ser de 

70 a 90% para plantas novas.  

 

O SCR começou a ser usado no Japão no início da década de 1970, mas teve seu uso 

generalizado na Alemanha em meados da década de 1980. Nos Estados Unidos a utilização do 

SCR começou apenas em 1993. Esse sistema também tem sido empregado em plantas 

geradoras de eletricidade que queimam óleo e gás natural, pois esses sistemas também 

produzem NOx. A Figura 23 apresenta a capacidade instalada de equipamentos SCR em 

diferentes locais. 

 

 



 31

 
Figura 23 – Capacidade instalada do SCR em plantas a carvão nos Estados Unidos, Japão, 

Alemanha e resto do mundo (Rubin et al., 2004). 

 

A política para o controle de emissão de NOx é diferente em cada país. Nos Estados 

Unidos os limites de emissão de NOx seguem os mesmos princípios da emissão de SO2, mas a 

diferença está no maior rigor em relação à redução de emissão. Nos Estados Unidos, de 1970 

a 1990 a redução exigida era mínima e que podia ser atendida apenas com a instalação de 

queimadores de baixo NOx (LNB – Low NOx Burner), mas a partir de 1994 a EPA 

estabeleceu uma redução de 85% na emissão de NOx, o que gerou um disparo no uso dessa 

tecnologia. 

 

A última revisão imposta pelo Congresso americano estabeleceu parâmetros que só 

podem ser atingidos com a implementação de sistemas SCR. 

 

A meta de estabilização da concentração de CO2 na atmosfera tem ocupada posição de 

destaque no cenário internacional nesses últimos anos devido às mudanças climáticas que 

causando catástrofes ao redor do mundo. 

 

Valverde e Webster (1999) destacaram as questões mais relevantes das discussões 

sobre o efeito estufa e identificaram dois aspectos importantes: a estimativa de custo 

econômico e a relação entre a emissão de gas de efeito estufa e o ciclo de carbono global. As 



 32

discussões envolvem três aspectos: técnico (capacidade da sociedade de impor repressão à 

emissão de carbono), político (boa vontade das nações signatárias para implementar medidas 

cooperativas a fim de obter os benefícios regionais e globais) e econômico (o custo da 

redução ou mitigação). 

 

Richels e Edmonds (1995) foram um dos precursores da exploração do aspecto 

econômico da estabilização da concentração de CO2 na atmosfera. Seus estudos envolviam as 

metas de estabilização e a maneira como eram implementadas. Enfatizaram a importância da 

flexibilidade do programa de estabilização nos primeiros anos onde os custos tendem a ser 

mais altos e as metas de estabilização que exigem redução de emissão com conseqüente custo 

elevado. Uma alternativa para redução do custo é a transferência da redução das emissões 

para outros anos. 

 

 Segundo Valverde e Webster (1999), cada etapa de restrição na emissão de carbono 

corresponde a um objetivo de estabilização cujo custo econômico é distinto e depende do 

nível de restrição imposto. 

 

Para as comparações fizeram análises usando um programa computacional do MIT 

denominado “Emission Prediction and Policy Analysis (EPPA)”. Esse programa abrange os 

setores de óleo, gás, carvão e eletricidade. Também inclui tecnologias não fósseis (solar e 

nuclear) e novas fontes de carbono que possam substituir os combustíveis fósseis 

convencionais. O modelo projeta as emissões de CO2, CO, CH4, SO2, NOx e N2O) em doze 

diferentes regiões geopolíticas (Estados Unidos, Comunidade Econômica Européia, Japão,  

outras nações alinhadas, China, Índia, Brasil, Economia Dinâmica Asiática, Exportadores de 

Energia, antiga União Soviética, Europa Central e Leste e resto do Mundo). A 

comercialização de cotas de carbono também foram incluídas  

 

Esse estudo concluiu que acordo global com a comercialização de cotas minimiza o 

custo da redução da emissão, reconhece que os regimes de estabilização são técnica, política e 

economicamente viáveis e que a efetiva e eficiente redução de emissão de gases de efeito 

estufa só será implementada com a participação e coordenação dos maiores emissores e que 

os países ricos deveriam assumiriam a maior parte da responsabilidade na redução da 

emissão. 

 



 33

No Brasil há uma corrente que discorda em muitos aspectos sobre a participação das 

diferentes nações na responsabilidade da política climática. A proposta brasileira baseia-se na 

contribuição para mudanças climáticas em vez da proposta atual baseada apenas nas emissões 

anuais. 

 

Rosa et al. (2004) expuseram a proposta brasileira estabelecida após discussão com o 

governo em 1997 durante a Conferência no Rio de Janeiro. Também desenvolveram um 

modelo simples para calcular a contribuição relativa no aumento da temperatura global a 

partir da emissão de gases de efeito estufa. Funcionou bem para a simulação em diferentes 

cenários mostrando-se claro e transparente. Apenas difere do método usado na proposta 

brasileira porque usa fórmulas analíticas em vez de integração numérica. 

 

A proposta brasileira é encontrar um modelo para computar a contribuição de cada 

país no aumento da temperatura global. Essa proposta ainda está em discussão, mas já foi 

pauta de encontros de especialistas em 1999, 2001 e 2002 sob os aspectos científicos e 

metodológicos. 

 

Nesses encontros concluíram que a proposta brasileira tem base científica e técnica 

suficiente para operar, que os indicadores diferentes para medir a contribuição no 

aquecimento global gera diferentes responsabilidades e que as simulações de modelos 

diferentes apresentam valores similares quando medem a contribuição para o aquecimento 

global. 

 

Em suma, a questão mais importante da proposta brasileira é que as emissões anuais 

não são as melhores medidas do efeito de mudança climática, nem a melhor medida para se 

estabelecer responsabilidades (Rosa, 2004). 

 

Ainda no Brasil, Szklo et al. (2005) mostraram algumas políticas energéticas e seus 

efeitos na redução da emissão de CO2. A Figura 24 mostra a relação entre as energias 

renovável e não renovável no Brasil. A Figura 25 apresenta a emissão de CO2 em função do 

uso de energia no Brasil. 

 

 



 34

 
Figura 24 – Relação entre energia renovável e energia não renovável no Brasil (Szklo, 2005). 

 

 

 
Figura 25 – Emissão de CO2 em função do uso de energia no Brasil (Szklo, 2005). 

 

A Convenção das Nações Unidas para Mudança no Clima (UNFCCC – United 

Nations Framework Convention on Climate Change) em seu artigo 4.1 estabelece obrigações 

comuns para todos os participantes da convenção, mas com responsabilidade diferenciadas 

tendo em vista suas prioridades específicas nacionais e regionais de desenvolvimento. 



 35

Reconhece ainda que a maior parte das emissões de gases de efeito estufa são gerados pelos 

países desenvolvidos. 

 

O Brasil, apesar de ser visto como um país que usa grande parte de energia renovável, 

em face ao rápido crescimento econômico nas últimas décadas trouxe um aumento no 

consumo de combustíveis fósseis e consequentemente um aumento na emissão de CO2 

proveniente do uso dessa energia. 

 

A parte negativa da participação do governo é que ainda não implementou medidas 

eficazes para reduzir a dependência de energia importada, diversificar fontes de energia, 

desenvolver e empregar mais fontes de energia renovável, reduzir impactos ambientais e 

contribuir para o desenvolvimento social e econômico.  

 

Apesar do nível de emissões atualmente já estar alto, tornar-se-á mais alto ainda no 

futuro se medidas enérgicas não forem adotadas. 

 

Alguns programas e medidas existentes já produziram efeitos positivos na redução da 

emissão de CO2, mas ainda insuficientes. 

 

Os programas e medidas para o setor de suprimento de energia estão centrados no 

etanol e bagaço de cana e no desenvolvimento do mercado industrial de gás natural. 

 

O programa de incentivo à produção do álcool (Proalcool) em sua primeira fase 

incentivou a expansão da capacidade das destilarias para produzir álcool anidro para ser 

misturado à gasolina. A segunda fase incentivou a construção de novas destilarias para 

produzir álcool hidratado para uso veicular. Na época, os subsídios para a produção e uso de 

etanol eram justificados pelo impacto positivo econômico, social e do meio ambiente. 

 

Produzir o etanol a partir da cana de açúcar incrementa o balanço de pagamentos do 

país, reduz o desemprego, diminui a pressão urbana e promove benefícios locais e globais. No 

ano de 2000 essa produção representou uma redução de 5,4 MtC nas emissões. 

 

Quanto ao mercado industrial de gás natural, apesar da implementação das duas macro 

políticas pelo governo, ainda não atingiu o desenvolvimento esperado. A política de 



 36

diversificação da matriz energética centrada expansão do suprimento de gás natural e as 

reformas institucionais para o setor de gás não surtiram efeito, uma vez que o processo foi 

bloqueado pelo alto custo do gás importado. 

 

Muitos dos programas e medidas para promover a eficiência no uso da energia 

implementados pelo governo ainda estão em desenvolvimento. Em 1985 o governo instituiu o 

Programa Nacional de Conservação de Energia (Procel) para promover a eficiência no uso 

final da energia e redução nas perdas de transmissão e distribuição. 

 

Outros programas para esse fim também foram implantados, como o de incentivo à 

produção de pequenos motores (1993) que reduziu o IPI. O princípio dessa medida era obter 

um índice menor de emissões com um consumo menor de combustível. 

 

Para 2010 e 2020 estima-se uma redução significativa das emissões em função desses 

programas e medidas conforme a Tabela 2. 

 

Tabela 2 – Redução de emissão de CO2 para os anos de 2010 e 2020 (Szklo et al., 2005). 

Emissão de CO2 evitada para o Brasil sob os cenários de 2010 e 2020 (MtC) 

Incremento de emissões evitadas de CO2 Alternativas para 
abatimento 2010 2020 

Uso de etanol 1,2 1,7 

Cogeração (CHP) com 

bagaço de cana 
3,4 5,3 

Energia eólica 1,9 3,5 

PCH 2,9 4,5 

Cogeração (CHP) com gás 

natural 
1,8 4,4 

Conservação de energia 7,1 25,2 

Abatimento total 18,3 44,6 

 

 

Segundo Geller et al. (2004), nos países em desenvolvimento a população cresce 1,5% 

ao ano ao passo que em países desenvolvidos industrialmente a taxa de crescimento 



 37

populacional é de apenas 0,2%. Entretanto o consumo per capita nos países em 

desenvolvimento é baixo, com cerca de 39% do consumo de energia global apenas 32% são 

provenientes de fontes de energia modernas. Apesar disso, o consumo nesses países vem 

crescendo rapidamente e esse crescimento vem de consumo de óleo e carvão. Esse 

crescimento pode ter um efeito nocivo nas condições climáticas em relação ao aquecimento 

global. 

 

O Brasil é o quinto país em população e o maior na América Latina. Economicamente 

é o nono do mundo e o primeiro na América Latina. O consumo de energia cresceu 

rapidamente em 25 anos, conforme mostra a Figura 26. A Figura 27 mostra o consumo de 

energia por setor. A Tabela 3 mostra o suprimento de energia por fonte.  

 

 
Figura 26 – Evolução do consumo de energia no Brasil em 25 anos (Geller et al., 2004). 

 

Esse crescimento é devido à rápida industrialização e ao crescimento dos serviços. A 

distribuição do consumo de energia por setor mostra que houve um grande crescimento na 

área industrial. A área comercial e a de energia também cresceram, ao passo que as áreas de 

transporte e residencial decresceram. 

 



 38

 
 

Figura 27 – Consumo de energia por setor (1975 e 2000) (Geller et al., 2004). 

 

A política de energia do Brasil, nos últimos 25 anos, se limitou a reduzir a 

dependência de energia importada e a incentivar o desenvolvimento de fontes de energia 

internas. Visou principalmente o aumento da produção de petróleo, expansão da produção de 

etanol, o uso de energia nuclear e a preservação de energia. Essas políticas trouxeram 

benefícios para a balança comercial, a segurança nacional, a indústria e ao mercado de 

trabalho. 

 

Apesar do esforço para estimular o desenvolvimento e utilização do gás natural, seu 

custo em função do gás importado não permitiu um desenvolvimento pleno como planejado. 

 

A política de privatização e a reestruturação do setor energético ainda não foram 

finalizadas. Algumas políticas, como a política de aumento de fontes de energia renovável e a 



 39

de aumento na produção de petróleo, conseguiram êxito pleno, as outras ainda estão em 

desenvolvimento, mas já atingiram sucesso moderado. 

 

Tabela 3 – Suprimento de energia (Geller et al., 2004). 

Suprimento de energia primária nos cenários de Base e de Energia Limpa (CE) 

2000 2005 2010 
Fonte de Energia 

 Base CE Base CE 

Petróleo e Derivados 87,9 100,2 94,4 119,7 97,2 

Gás Natural 9,8 44,1 30,8 62,2 42,5 

Carvão 13,4 15,6 14,0 17,4 14,0 

Nuclear 1,8 3,3 3,3 3,3 3,3 

Subtotal Não 

Renovável 
112,8 163,2 142,5 202,6 156,9 

Força Hidráulica 99,1 113,3 115,2 118,7 119,4 

Madeira e Carvão 

Vegetal 
21,4 20,9 19,8 20,4 17,7 

Cana de Açúcar e 

Produtos 
22,2 23,4 24,9 23,5 24,9 

Outros 3,9 4,4 4,3 5,1 4,6 

Subtotal Renovável 146,6 162,0 164,2 167,6 166,7 

Total 259,4 325,2 306,7 370,2 323,6 

 

 

Face a essa situação, para efetuar uma projeção em uma situação comparativa a essa 

base de hoje, propôs-se um cenário de Energia Limpa para o Brasil em que constam doze 

políticas nacionais: 

 

� Adotar um padrão mínimo de eficiência para eletrodomésticos, motores e produtos 

elétricos. 

 

� Expandir os investimentos na eficiência do uso final da energia. 

 
� Adotar um código de requisitos de eficiência de energia para novos prédios comerciais. 



 40

 
� Expandir o uso de gás natural. 

 
� Adotar padrões de eficiência mínima para novas plantas térmicas. 

 
� Adotar metas de redução de intensidade de energia na indústria (toneladas de óleo 

equivalente por 1000 US$ do produto interno bruto). 

 
� Adotar padrões de economia de combustível ou emissão de CO2 para novos veículos de 

passeio. 

 
� Expandir a produção e uso de etanol combustível. 

 
� Estimular os sistemas combinados de calor e força (CHP - Cogeração) usando bagaço  e 

outros produtos da cana (cogeração). 

 
� Estimular a geração eólica. 

 
� Estimular o uso de energia renovável em aplicações fora das redes elétricas. 

 
� Melhorar a eficiência no transporte de carga. 

 

Usando um modelo computacional conhecido como Modelo Integrado para 

Planejamento de energia (IMEP – Integrated Model for Energy Planning) foram analisadas as 

projeções para o suprimento de energia para os cenários base e de energia limpa. A Figura 28 

apresenta a demanda de energia por setor e a Figura 29 a emissão total anual de dióxido de 

carbono. 

 

O cenário proposto promove uma série de benefícios como a diminuição da demanda 

crescente de energia através dos programas de eficiência no uso, a redução da importação de 

energia através da expansão da produção e uso de energia renovável e a redução de impactos 

ambientais pelos programas de redução de emissões. 



 41

 
Figura 28 – Demanda de energia por setor (Geller et al., 2004). 

 

 
Figura 29 – Emissão de dióxido de carbono (Geller et al., 2004). 

 

2.5 Formação de carepa 

 

Em atmosferas oxidantes a formação de carepa é um fator importante para cálculo do 

custo e para qualidade final da superfície do produto. A carepa é formada a altas temperaturas 

e é constituída por camadas de óxido sobre a superfície do metal (Figura 30). Há três tipos de 

óxidos de ferro na formação da carepa: wustita (FeO), magnetita (Fe3O4) e hematita (Fe2O3). 

 

 



 42

 
 

Figura 30 – Estrutura da carepa. 

 

A wustita (FeO) é a camada mais interna e, portanto adjacente ao metal. Apresenta o 

menor teor de oxigênio, é formada a partir de 570°C e seu volume aumenta com o aumento da 

temperatura. A partir de 700°C, passa a ocupar cerca de 95% do volume da carepa. Seu ponto 

de fusão é relativamente baixo (1.370 a 1.425°C) quando comparado às outras fases da carepa 

e ao próprio aço. Seu baixo ponto de fusão acelera a formação de carepa e permite a 

penetração e oxidação nos contornos de grão reduzindo a qualidade da superfície. Contribui 

ainda negativamente para o aumento do consumo de combustível e na redução do lucro por 

perda de material e qualidade superficial inferior. 

 

A magnetita (Fe3O4) é a camada intermediária da carepa. Em temperaturas abaixo de 

500°C há somente magnetita e à medida que a temperatura aumenta a wustita toma seu lugar 

(Figura 31). Em temperaturas mais elevadas, a magnetita ocupa apenas 4% do volume da 

carepa. A magnetita é mais dura e abrasiva que wustita. 

 

 



 43

 
 

Figura 31 – Teores de óxidos de ferro em função da temperatura. 

 

A hematita (Fe2O3) é a camada mais externa da carepa. É formada a temperaturas 

acima de 800°C e em temperaturas elevadas ocupa cerca de 1% do volume da carepa. 

Semelhante à magnetita, a hematita é dura e abrasiva. 

 

Fornos a óleo ainda têm um agravante que é a presença de enxofre. A combustão do 

óleo produz dióxido de enxofre (SO2), que reage com o aço e produz sulfetos líquidos (FeS) 

na carepa. O FeS intensifica a formação de carepa e promove a adesão desta na superfície 

metálica dificultando a remoção antes do forjamento (Birks, 1973). 

 

O FeS forma-se a partir de atmosferas redutoras e cresce rapidamente, portanto para 

minimizar o efeito de adesão provocado pelo FeS é comum adotar uma atmosfera bastante 

oxidante nas zonas iniciais de enfornamento. 

 

A formação de carepa na superfície do material é função da temperatura da superfície 

(Figura 32), do tempo de aquecimento (Figura 33), da composição do aço, da atmosfera do 



 44

forno e do tipo e utilização do equipamento de aquecimento. Em geral a perda por oxidação 

(carepa) é de 1 a 3% (Cook e Rasmussen, 1970). 

 

 
 

Figura 32 – Perda por oxidação em função da temperatura da superfície. 

 

Fornos de combustão direta (queima direta na câmara de aquecimento) produzem 

atmosferas altamente oxidantes na câmara de aquecimento. A formação de carepa é resultante 

de um processo difusão do oxigênio no metal. Um filme de óxido é formado na superfície do 

metal e progride através da difusão do oxigênio na interface metal – óxido. A carepa aumenta 

com o aumento da temperatura na superfície da peça, com o aumento do ciclo de aquecimento 

e com o aumento da porcentagem de oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água. 

 

 

 



 45

 
 

Figura 33 – Perda por oxidação em função do tempo. 

 

O processo de difusão do oxigênio no metal é uma função do potencial de energia do 

sistema, caracterizado pela relação geral que é exponencial com a temperatura e parabólica 

com o tempo (Cook e Rasmussen, 1970): 

 

� 	bTexptaM �� ,                                                                                                                 (1) 

 

onde M é a perda por oxidação, t é o tempo, T é a temperatura e a e b são constantes para cada 

tipo de aço. 

 

 

 

 

 



 46

2.6 Óleos combustíveis 

 

Os óleos combustíveis (ou óleos escuros) são obtidos através de subprodutos de várias 

operações nas refinarias. Basicamente são formados pela adição de diluentes, ou óleos de 

corte, ao resíduo da destilação do petróleo (Garcia e Bernardes, 1992). 

 

Esse resíduo pode ser o resíduo de vácuo (RESVAC) ou, se a refinaria efetua a 

desasfaltação a propano, o resíduo asfáltico (RASF). Pode-se, ainda, utilizar resíduos 

oriundos de processos de craqueamento térmico ou catalítico e de viscoredução 

(craqueamento em condições mais suaves). 

 

Os óleos de corte também variam, podendo ser: a) óleo leve de reciclo (LCO), b) óleo 

diesel, c) gasóleo, d) querosene, e e) extratos aromáticos. 

 

Os óleos combustíveis são compostos basicamente por hidrocarbonetos de peso 

molecular elevado, dos tipos parafínicos, naftênicos e aromáticos, podendo aparecer ainda as 

oleofinas. A proporção desses diferentes tipos varia de acordo com o campo de produção e ao 

longo do tempo em um mesmo campo. Além disso, aparecem derivados contendo enxofre, 

nitrogênio e metais como vanádio, níquel, sódio, ferro, etc. É importante observar que esta 

composição depende não só do petróleo que originou os óleos combustíveis, como também do 

tipo de processamento e misturas que estes sofreram nas refinarias. 

 

Dessa forma nota-se que a composição química e a estrutura dos óleos combustíveis é 

bastante complexa. Porém, como elementos principais podem-se destacar o carbono (86,5%), 

o hidrogênio (10%), o nitrogênio (0,5%) e o enxofre (3%). A relação C/H está diretamente 

ligada com à demanda de ar necessária para a queima do óleo, bem como com o seu poder 

calorífico. Entretanto é importante conhecer a porcentagem de outros elementos tais como o 

sódio e o vanádio, pois embora presente em menores quantidades, após a combustão e em 

altas temperaturas, os complexos desses elementos podem se depositar na superfície dos 

equipamentos, provocando corrosão e perda de eficiência. Os óleos Tipo A apresentam teores 

médios de vanádio de 200 ppm e de sódio de 20 ppm (Garcia e Bernardes, 1992). 

 

Dos produtos formados na combustão, três são extremamente corrosivos: trióxido de 

enxofre, pentóxido de vanádio e o pirovanadato de sódio. 



 47

O enxofre, além de agir como contaminante em processos de produção de cimento, 

cal, vidro e em processos de tratamento térmico, também exerce papel na corrosão de 

equipamentos. A Tabela 4 mostra os compostos corrosivos de enxofre. 

 

Tabela 4 – Compostos corrosivos de enxofre. 

R-S Tiofenos 

R-SH Mercaptanos 

R-S-R Sulfetos 

R-S-S-R Di-sulfetos 

 

 

Durante a queima dos compostos de enxofre, forma-se o SO2 que, solubilizado em 

água, transforma-se em ácido sulfuroso (H2SO3), que é fraco e instável. Este por sua vez pode 

reagir com bases, resultando em sulfitos que são compostos mais estáveis. 

 

S + O2 �  SO2,                                                                                                                       (R1) 

 

O ácido sulfuroso aquecido decompõe-se desprendendo novamente o SO2. Dessa 

forma, a simples lavagem dos gases não absorve o SO2 uma vez que a própria temperatura dos 

gases se encarrega do aquecimento, impedindo dessa forma que o gás permaneça em solução. 

 

H2SO3         SO2 + H2O,                                                                                                         (R2) 

 

Em chaminés metálicas expostas ao vento, muito altas e sem revestimento 

anticorrosivo, há condensação do vapor d´água nas regiões menos quentes com absorção de 

SO2. O H2SO3 formado pode atacar o metal da parede da chaminé, formando sulfito, que fica 

em solução na água condensada. Essa solução escorre pelo interior da chaminé até que, numa 

região mais quente, evapora resultando em um resíduo sólido. Esse resíduo vai se acumulando 

até o estrangulamento total da passagem. 

 

O SO2 pode reagir com o O2 resultando o trióxido de enxofre, SO3, mas para isso é 

necessário excesso de ar e a presença de um catalisador. Os óxidos de vanádio (V2O3, V2O4, 

V2O5), geralmente presentes nos gases de combustão, atuam como catalisadores dessa reação. 



 48

O próprio refratário dos fornos e o óxido de ferro existente também atuam como catalisadores. 

Nem todo SO2 se transforma em SO3; em média, apenas 0,01% se converte. Essa quantidade 

aumenta com a variação da temperatura, da pressão, do excesso de O2, da umidade e da 

atividade do catalisador.  

 

Ao reagir com a água, o trióxido de enxofre resulta em ácido sulfúrico (H2SO4), de 

acordo com: 

 

SO2 + O2  �  SO3 ,                                                                                                                (R3) 

 

SO3 + H2O  �  H2SO4 .                                                                                                         (R4) 

 

O ácido sulfúrico no estado gasoso causa pouca corrosão, mas, se condensar, seus 

efeitos são desastrosos. O ponto de orvalho do ácido sulfúrico é mais elevado que o ponto de 

condensação da água e é fortemente afetado pela relação entre pressão de vapor do ácido e a 

da água na combustão. Geralmente essa relação se situa entre 10-6 e 10-8, o que acarreta um 

ponto de orvalho do H2SO4 entre 50 e 115°C acima do ponto de condensação da água. 

 

Para minimizar o efeito da corrosão pela condensação do ácido sulfúrico nas regiões 

menos quentes dos equipamentos, deve-se evitar o resfriamento excessivo dos gases de 

exaustão. Os recuperadores de calor sofrem com ataques de corrosão, pois resfriam os gases 

de exaustão permitindo a condensação de ácido sulfúrico. 

 

Normalmente, em processos de reaquecimento há o contato dos gases de combustão 

com a matéria processada (combustão direta). Nesses casos, o SO2 atua como contaminante e 

pode reagir com o metal da superfície ou difundir para o interior. Em alguns casos, o uso de 

combustíveis de baixo teor de enxofre (abaixo de 0,5%) faz-se necessário. 

 

Além da corrosão nos equipamentos e da contaminação, existe ainda o problema 

ambiental, uma vez que as reações (3) e (4) também são responsáveis pelo fenômeno 

conhecido como “chuva ácida”. 

 



 49

A escolha do óleo pesado como combustível deve-se ao fato de seu baixo custo e de 

seu alto poder calorífico. Maior poder calorífico significa maior quantidade de calor liberado 

por unidade de massa de óleo combustível. 

 

Para proporcionar uma boa atomização e, conseqüentemente, uma boa queima, os 

óleos devem ser aquecidos para que tenham uma viscosidade compatível com o sistema de 

atomização dos queimadores. A faixa usual para queimadores com atomização a ar é de 32 a 

45 cSt. 

 

Os óleos pesados são classificados em dois grupos: o grupo A é o de óleos de altos 

teores de enxofre (1 a 5,5% S) e o grupo B é o de óleos de baixo teores de enxofre (menores 

ou iguais a 1%). Cada grupo se divide em 9 tipos de óleo, de acordo com suas viscosidades. 

Apesar de haver 9 tipos de óleos, nem todas as refinarias dispõem de todos os tipos. A 

tendência atual é de reduzir os tipos de óleo para 4 tipos apenas: 1, 2, 3 ou 4 e 7 (Tabela 5). 

 

 

Tabela 5 – Tipos de óleos, poder calorífico inferior e temperatura de queima. 

Tipo de óleo PCI (kcal/kg) Temperatura de queima (°C) 

1A 9.650 113 a 124 

2A 9.550 120 a 131 

3A 9.500 136 a 143 

4A 9.450 152 a 165 

7A 9.400 190 a 200 

 

 

A viscosidade afeta diretamente a qualidade de queima do óleo combustível. 

Viscosidade menor representa uma atomização mais fácil, acarretando uma queima mais 

eficiente. Viscosidade alta demais impede uma boa atomização produzindo gotas grandes 

demais para a queima completa, formando resíduos nos queimadores, gerando fuligem e 

provocando instabilidade da queima. A BR fornece os dados de viscosidade em centistokes 

(cSt) para cada lote de óleo fornecido determinados pelo método ASTM D-445. 

 

 



 50

Capítulo 3 

 

O Forno Estudado 

 
3.1 Características do equipamento 

 

O forno estudado pertence à MWL BRASIL, de Caçapava, SP, e foi construído em 

1958. Originalmente dispunha de quatro queimadores instalados no teto do forno. Mais tarde, 

por volta de 1980, foi modificado para receber 28 queimadores menores e dispostos 

radialmente na parede externa (Figura 34). 

 

 

 
 

Figura 34 – Vista lateral do forno de soleira rotativa. 

 

Para adequar às condições de aquecimento (temperatura e velocidade de aquecimento), 

o forno foi dividido virtualmente em 4 zonas. Cada uma caracteriza-se por uma faixa de 

controle de temperatura que permite o aquecimento adequado do material a ser forjado. As 

duas zonas iniciais são as de aquecimento até a temperatura de forjamento e as duas finais são 

as de encharque (equalização de temperatura da superfície ao núcleo do bloco de aço). 

 

Esse forno alimenta uma linha de forjamento de rodas composta por uma prensa de 

6.000 tf (Figura 35), um laminador de oito rolos (Figura 36) e uma prensa de 1.560 tf (Figura 



 51

37). Atualmente a capacidade de produção é limitada pelo sistema de aquecimento (12 

toneladas por hora) e pelas fossas de resfriamento controlado (Figura 38). 

 

 

 
 

Figura 35 – Prensa de 6.000 tf. 

 

Por necessidade de redução de custo de produção, procurou-se uma alternativa que 

não envolvesse grandes investimentos e produzisse uma economia de pelo menos 5% no 

sistema de forjamento. A solução encontrada foi a substituição do óleo por outro de menor 

valor. Em abril de 2002, iniciou-se a substituição do óleo 2A pelo 3A, após estudo de 

viabilidade técnica e econômica. O estudo técnico realizado em conjunto com a BR 

Distribuidora envolveu apenas o aspecto de queima e geração de calor, sem se preocupar com 

outras variáveis como o nível de emissões. 

 

 



 52

 
 

Figura 36 – Laminador. 

 

 

 
 

Figura 37 – Prensa de 1.560 tf. 

 



 53

 
 

Figura 38 – Fossa de resfriamento controlado. 

 

Apesar da redução no desembolso, houve uma série de problemas operacionais que 

afetaram a produção e o resultado financeiro não foi perceptível. 

 

Havia a necessidade de encontrar urgentemente as causas do problema. Apesar do 

controle dos queimadores ser manual e depender do operador, pode-se observar certa 

instabilidade da chama principalmente nas zonas 1 e 2. Para iniciar a busca, foi feito um 

levantamento completo das características do sistema de combustão. Todos os itens foram 

listados como segue nas Tabelas 6 a 9. 

 

O combustível era o óleo 3A, com as seguintes características:  

 

� Temperatura de armazenamento: 70 oC; 

 

� Viscosidade cinemática (a 70 oC): 867 cSt; 

 

� Temperatura de queima: 145 oC; 

  



 54

� Viscosidade cinemática (145 oC): 22 cSt. 

 

O levantamento mostrou que as vazões dos sopradores e das bombas de óleo eram 

suficientes para manter constante e uniforme a queima. Restou então o sistema de 

aquecimento de óleo que aparentemente atendia às necessidades. 

 

Tabela 6 – Dados básicos dos aquecedores da linha de alimentação de óleo pesado. 

Aquecedores elétricos 

Dados resistência 

Aquecedor 
Potência   

(W) 

Tensão  

(V) 

Área de troca 

(cm2) 

Taxa 

dissipação  

(W/cm2) 
Comprimento 

(mm) 

Diâmetro 

(mm) 

Nº 

pernas

Principal 36.000 220 21.101 1,71 1.600 14 30 

A  4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

B 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

C 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

D 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

E 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

F 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

G 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

H 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

I 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

J 4.500 220 2321 1,94 560 11 12 

Tanque 18.000 380 5109 3,52 1.130 12 12 

 

 

 

 

 

 



 55

Tabela 7 – Dados básicos dos sopradores do sistema de combustão. 

Sopradores 

Marca / Modelo 
Siel            

ECS.l/133.1050 

Quantidade 1 + 1 

Capacidade      

(m3/h) 

Atual 1.050 7.980 
Pressão trabalho (mmca) 

     

 

 

Tabela 8 – Dados básicos das bombas de alimentação de óleo pesado. 

Bombas 

Marca / Modelo 
Viking          

HL 32 D 

Quantidade 1 + 1 

Capacidade total  

  (GPM / m3/h) 

Atual 7 16 / 3,63 Pressão trabalho        

(bar) 
     

 

 

Tabela 9 – Dados básicos dos queimadores do sistema de combustão. 

Queimadores 

Marca / Modelo IPEM 50/25 

Quantidade 28 

Capacidade total  

(kcal/h) 

Atual 644 6.396.208 Vazão máxima total     

(l/h) 
     

 

 

O aquecedor central é o elemento principal do sistema de aquecimento de óleo, mas 

era dotado de apenas 36 kW de potência. A potência necessária era desconhecida e dependia 

do tipo de óleo utilizado. A BR Distribuidora então forneceu a equação simplificada para o 

cálculo da potência requerida, em kW: 

 



 56

Q = m [A (T2 – T1) + B/2 (T2
2 – T1

2)],                                                                                     (2)  

 

onde m é a vazão mássica no sistema e A e B são constantes, cujos valores são A = 1,6506 e 

B = 0,00332 (Garcia e Bernardes, 1992). 

 

Utilizando a vazão máxima nos queimadores (0,644 m3/h) e as temperaturas de saída 

T2 = 120°C e de entrada T1 = 60°C, calculou-se a potência necessária: 52,23 kW. 

 

Outro fator importante é a taxa de dissipação das resistências. A resistência utilizada 

nesse aquecedor tinha taxa de dissipação de 1,7 W/cm2, que é ligeiramente superior ao 

recomendado (1,5 W/cm2). 

 

A partir desses fatos, optou-se pela revisão do sistema de aquecimento de óleo e pelo 

estudo dos efeitos da viscosidade no sistema de combustão. 

 

3.2 Níveis de emissões 

 

 Também eram desconhecidos os níveis de emissão de gases, mas não ignorados. Até 

esse momento, o forno era controlado apenas visualmente. A referência adotada pelos 

operadores para controle do forno era apenas a temperatura indicada pelos termopares, 

auxiliada pela aparência da chama. Os recursos de análise de atmosfera eram mal utilizados 

(análise de Orsat), uma vez que os resultados eram sempre idênticos, dando a impressão de 

serem produzidos no papel e não resultantes de análise. 

 

Algumas análises de atmosfera solicitadas à Ecofuel estavam em andamento, mas 

ainda sem objetivo determinado. Essas análises iniciais indicaram uma grande variação e que 

possivelmente eram resultantes de um total descontrole no sistema de combustão (Figuras 39 

a 42). 

 

Com o nível de conhecimento da equipe não foi possível estabelecer critérios para 

análise, mesmo com alguns resultados já em mãos. As medições eram aleatórias, em horários 

diferentes e em condições de operação diferentes. O aparelho utilizado não registrava 

continuamente, ou seja, só se registrava o valor após a estabilização dos níveis de gases 

indicados. 



 57

Gases de combustão

0

5

10

15

20

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

CO2

O2

Excesso de ar

0

20

40

60

80

100

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

Temperatura dos gases

1000

1100

1200

1300

1400

1500

ºC

Monóxido de carbono

0

500

1000

1500

2000

2500

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

CO
 p

pm

 
 

 

 

 

 

 

 

Figura 39 – Parâmetros de combustão do forno rotativo, zona 1. 

Concentração de NOx e SOx 
ppm

0
200
400
600
800

06/02/02 12/03/02 11/04/02

NOx
SOx



 58

Gases de combustão

0

5

10

15

20

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

O2
CO2

             

Excesso de ar

0

20

40

60

80

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

 

Temperatura de gases

1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450

04
/05

/01

24
/05

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

ºC

 

Monóxido de carbono

10
2010
4010
6010
8010

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

C
O

 p
pm

 

Concentração de NOx e SOx 
ppm

0

200

400

600

800

06/ 02/ 02 12/ 03/ 02 11/ 04/ 02

NOx
SOx

 
Figura 40 – Parâmetros de combustão do forno rotativo, zona 2. 



 59

Gases de combustão

0

5

10

15

20

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

O2
CO2

 
Excesso de ar

0
20
40
60
80

100
120

15
/0
3/
01

04
/0
5/
01

24
/0
5/
01

12
/0
6/
01

30
/0
8/
01

05
/1
0/
01

19
/1
1/
01

07
/1
2/
01

06
/0
2/
02

12
/0
3/
02

11
/0
4/
02

%

 
Temperatura de gases

1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450

04
/05

/01

24
/05

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

ºC

 

Monóxido de carbono

0
2000
4000
6000
8000

10000

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

C
O

 p
pm

 

Concentração de NOx e SOx 
ppm

0
100

200
300
400

500
600

700
800

06/02/02 12/03/02 11/04/02

NOx
SOx

 
 

Figura 41 – Parâmetros de combustão do forno rotativo, zona 3. 



 60

Gases de combustão

0

5

10

15

20

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

O2

CO2

 

Excesso de ar

0

20

40

60

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

%

 

Temperatura de gases

1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450

04
/05

/01

24
/05

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

ºC

 
Monóxido de carbono

0

50

100

150

200

15
/03

/01

04
/05

/01

24
/05

/01

12
/06

/01

30
/08

/01

05
/10

/01

19
/11

/01

07
/12

/01

06
/02

/02

12
/03

/02

11
/04

/02

C
O

 p
pm

 
Concentração de NOx e SOx 

ppm

0
100
200

300
400
500
600

700
800

06/02/02 12/03/02 11/04/02

NOx

SOx

 
Figura 42 – Parâmetros de combustão do forno rotativo, zona 4. 



 61

Para melhorar as condições operacionais seria necessário aprofundar os 

conhecimentos teóricos para então determinar quais as necessidades. O primeiro passo foi 

procurar conhecimento específico em combustão através de cursos e troca de informações 

com pessoal especializado. A seguir, buscou-se ajuda junto ao fornecedor de combustível que 

disponibilizou mais material referente à combustão e ao óleo ultra viscoso. 

 

A partir dessa base estabeleceu-se o tipo de análise, o horário específico, as condições 

operacionais do forno e a periodicidade das análises uma vez que seriam realizadas pela 

Ecofuel. 

 



 62

Capítulo 4 

 

Descrição da Metodologia 
 

4.1 Preliminares 

 

Sistemas de combustão são bastante susceptíveis a falhas e funcionamento irregular 

quando as condições operacionais não são adequadas ao tipo de combustível e às condições da 

câmara de combustão. No caso deste trabalho, o sistema de combustão estudado fornece calor 

para um forno de reaquecimento de soleira rotativa de 14 m de diâmetro que abastece uma linha 

de forjamento de rodas ferroviárias. De construção bastante antiga e com os componentes 

bastante desgastados, o forno apresentava funcionamento irregular, conforme as análises em 

realizadas (Figuras 39 a 42).  

 

4.2 Primeira etapa 

 

A primeira etapa envolveu a equipe de manutenção que revisou todos os componentes do 

sistema de combustão. Antes das modificações necessárias, o sistema dispunha dos seguintes 

componentes: 

 

� 2 tanques de armazenamento de 150 m3 cada; 

 

� 2 resistências blindadas de 18 kW cada; 

 
� 2 termostatos com indicadores; 

 
� 2  bombas de engrenagem marca Hero para 15 gl/min; 

 
� 10 aquecedores de 4,5 kW cada; 

 
� 1 aquecedor principal de 36 kW; 

 
� 28 filtros Y com filtro metálico; 

 
� 28 termostatos para temperaturas até 200 °C; 



 63

 
� 28 queimadores, marca Klockner, modelo Ipem 50/25; 

 
� 2 sopradores, marca Siel, de capacidade de sopro para 7.980 m3/h cada, movidos por motores 

de 50 cv. 

 

A operação desse forno é totalmente manual e todas as regulagens são executadas pelos 

operadores do forno, que são denominados “forneiros”. Todas as condições operacionais eram 

desfavoráveis a um bom funcionamento, desde a idade e o estado de conservação dos 

equipamentos até a operação toda manual e dependente do operador. 

 

Mesmo com a revisão geral, o forno ainda continuava funcionando irregularmente, fato 

constatado pelos forneiros. 

 

Apesar do pouco treinamento dos forneiros (formados basicamente a partir de 

treinamento operacional de forneiros anteriores), eram as únicas pessoas disponíveis para tal 

operação. Todos os trabalhos foram executados com o auxílio desses funcionários. 

 

4.3 Segunda etapa 

 

A segunda etapa envolveu os fornecedores que se dispuseram a auxiliar no 

desenvolvimento dos trabalhos. Inicialmente a Ecofuel, fornecedora do aditivo para óleo pesado 

XP3, disponibilizou uma equipe de análise de atmosfera para acompanhar o andamento dos 

experimentos. A MWL não dispunha de equipamento de análise de atmosfera, e a oferta da 

Ecofuel foi aceita. A partir desse momento e até a aquisição do equipamento próprio, as análises 

foram executadas pela Ecofuel. 

 

O equipamento utilizado para essas análises era um analisador marca Bacharach, modelo 

300. A faixa de trabalho para esse modelo é: 

 

� Monóxido de carbono:  0 a 3.700 ppm; 

 

� Oxigênio: 0,1 a 23,5%; 

 



 64

� NOx = 0 a 1.999 ppm; 

 
� SO2 = 0 a 1.999 ppm. 

 

Os níveis de precisão das análises são dados para as condições de 20°C de temperatura 

ambiente e 45% de umidade relativa do ar: 

 

� Monóxido de carbono: ± 5% da leitura ou ± 10 ppm; 

 

� Oxigênio: ±0,6%; 

 
� NOx: ± 5% da leitura ou ±10 ppm; 

 
� SO2: ± 5% da leitura ou ± 10 ppm. 

 

A BR Distribuidora forneceu literatura de óleos ultra-viscosos, propriedades e 

certificados de análises dos óleos pesados. Forneceu ainda uma planilha automática de 

especificação de temperatura em função da viscosidade desejada. 

 

4.4 Terceira etapa 

 

A próxima etapa, a terceira, foi calcular as vazões necessárias de ar e combustível. 

Felizmente todos os dados estavam disponíveis nos manuais dos equipamentos. 

 

No caso do ar, fornecido pelo soprador de marca Siel, modelo ECS.l/133.1050, os dados 

utilizados estavam registrados na placa de identificação do equipamento, pois no manual os 

dados estavam incompletos e a empresa não respondeu à solicitação via e-mail. Os dados da 

bomba de combustível foram encontrados no manual e correspondiam aos dados encontrados na 

placa de identificação afixada no equipamento. Os dados dos queimadores também estavam 

corretos no manual. 

 

 

 

 



 65

Queimadores: 

 

� Ar necessário: 23 l óleo/h x 12 m3 ar/l óleo = 276 m3/h por queimador; os 28 queimadores 

consomem 7.728 m3/h. 

 

� Óleo necessário: 23 l/h; os 28 queimadores consomem 644 l/h = 0,644 m3/h. 

 

Soprador: 

 

� Ar fornecido: 7.980 m3/h. 

 

Bomba de óleo: 

 

� Óleo fornecido: 15 gl/min x 3,78541 l/gl x 60 min/h = 3.406,9 l/h = 3,41 m3/h. 

 

Tanto o soprador quanto a bomba estavam corretamente dimensionados, apesar do 

soprador operar teoricamente no limite superior.  

 

As variações que seriam feitas nas vazões do soprador e da bomba não foram 

consideradas uma vez que o sistema trabalhava em plena capacidade. 

 

O soprador é do tipo centrífugo e pelas características construtivas, quando não há vazão 

não há fornecimento. 

 

Quanto à bomba, o sistema dispõe sistema de retorno onde todo óleo que é enviado aos 

queimadores e não queima retorna ao tanque de armazenamento. 

 

Os desenhos esquemáticos da distribuição do ar e do sistema de alimentação de óleo 

encontram-se nas Figuras 43 a 45. As Figuras 46 e 47 mostram esquemas do queimador. As 

Tabelas 10 a 12 apresentam características do óleo combustível.  

 

 

 



 66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 43 – Sistema de distribuição de ar. 

 

 

 

 

 

 



 67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 44 – Esquema geral de distribuição de óleo. 

 

 

 

 



 68

 
 

Figura 45 – Disposição geral dos queimadores antes das modificações. 

 

 



 69

 
 

Figura 46 – Disposição geral do queimador Ipem 50/25 na lateral do forno. 

 

 

 

 
 

Figura 47 – Vista em corte do queimador Ipem 50/25. 

 

 

 



 70

 

Tabela 10 – Especificação do óleo 3A (Fonte BR Distribuidora). 

 

�

������
�

���	
���
�����
��
���� ��
�����������
����������

�����������	������� �� ��

!����
�
��
��"
�#��� $%&$'&($$)�*�+��+,��
�

-.����/�0�� 11����
��
�
	
��
	�����
�� 22���
�

�
����
�� 

��	
��
�	�� ����3� ��453�

Ponto de fulgor�   � ºC� MB 48 � ASTM D93 � 66� -�

Teor de enxofre �   �% massa MB 902 �
ASTM D1552 D2622 D 

4294 �
-� 2,5 [c]

Água e sedimentos [a] - �   � % vol� MB 37 e MB 294� ASTM D95 e D473 � -� 2,0�

Viscosidade Saybolt Furol a 

50 ºC ou �
  � SSF� MB 326 � ASTM D88 � -�

2400 

[d]�

Viscosidade cinemática a 60 

ºC �
  � cSt�

NBR 10441 NBR 

5847 �
ASTM D445/ D2171 � -�

2300 

[d]�

Viscosidade cinemática a 

98,9 ºC �
  � cSt�

NBR 10441 NBR 

5847 �
ASTM D445 � anotar anotar�

Vanádio �   � mg/kg�   � ASTM D5863 D5708 � -� 200�

Densidade 20/4ºC �   �   NBR 7148 NBR ASTM D1298 D4052 � anotar anotar�

 

 



 71

 

 

 

 

Tabela 11 – Tabela comparativa de óleos tipo A (fonte BR Distribuidora). 

 
 

 

 

 

 

 

 

 



 72

Tabela 12 – Tabela de viscosidade em função da temperatura (Fonte BR Distribuidora). 

Variação da "Viscosidade x Temperatura" dos OC's (viscosidade em cSt) 

ÓLEOS COMBUSTÍVEIS COMERCIALIZADOS NO E.S.PAULO 
Temp.           ºC OC-A1/B1 OC-A2/B2 OC-3A OC-4A OC-7A OC-8A 

0 355.901 513.255 - -  -  - 
5 163.454 241.006 - -  -  - 

10 79.711 119.661 504.037 -  -  - 
15 41.046 62.508 239.838 -  -  - 
20 22.208 34.201 120.421 816.676  -  - 
25 12.569 19.522 63.500 383.641  -  - 
30 7.412 11.582 35.019 190.118  -  - 
35 4.537 7.120 20.120 98.936  -  - 
40 2.875 4.522 12.003 53.844  -  - 
45 1.879 2.959 7.411 30.532  -  - 
50 1.265 1.990 4.724 17.978 811.484  - 
55 873,6 1.373 3.100 10.960 404.619  - 
60 618,4 969,3 2.090 6.898 211.103  - 
65 447,7 699,4 1.444 4.471 114.836 773.923 
70 330,8 514,8 1.021 2.978 64.922 405.314 
75 249,2 386,0 737,3 2.034 38.032 220.832 
80 191,0 294,4 543,0 1.422 23.025 124.806 
85 148,8 228,1 407,3 1.015 14.370 72.971 
90 117,7 179,4 310,6 739,9 9.225 44.028 
95 94,43 143,0 240,7 549,2 6.079 27.354 

100 76,73 115,5 189,2 414,7 4.105 17.463 
105 63,11 94,38 150,8 318,2 2.835 11.434 
110 52,48 77,98 121,7 247,8 1.999 7.665 
115 44,11 65,10 99,35 195,7 1.438 5.252 
120 37,43 54,88 82,02 156,6 1.053 3.674 
125 32,05 46,68 68,41 126,8 784,7 2.619 
130 27,68 40,04 57,61 103,8 594,0 1.901 
135 24,10 34,61 48,95 85,91 456,4 1.403 
140 21,13 30,15 41,95 71,80 355,5 1.052 
145 18,66 26,44 36,23 60,57 280,6 800,7 
150 16,58 23,34 31,52 51,54 224,2 617,7 
155 14,82 20,74 27,62 44,22 181,1 482,8 
160 13,33 18,52 24,36 38,22 148,0 381,9 
165 12,05 16,64 21,61 33,28 122,1 305,6 
170 10,95 15,02 19,29 29,17 101,7 247,2 
175 9,995 13,63 17,30 25,73 85,44 201,9 
180 9,164 12,42 15,61 22,84 72,40 166,6 
185 8,438 11,36 14,14 20,38 61,84 138,6 
190 7,800 10,44 12,87 18,29 53,21 116,4 
195 7,236 9,63 11,77 16,49 46,11 98,47 
200 6,737 8,917 10,80 14,94 40,22 83,95 
205 6,293 8,282 9,956 13,59 35,30 72,08 
210 5,897 7,718 9,207 12,42 31,17 62,31 
215 5,541 7,214 8,544 11,40 27,67 54,21 
220 5,222 6,762 7,955 10,50 24,70 47,45 
225 4,934 6,356 7,429 9,703 22,15 41,77 
230 4,673 5,990 6,958 8,999 19,97 36,97 
235 4,437 5,659 6,534 8,373 18,07 32,89 
240 4,222 5,359 6,153 7,814 16,43 29,40 
245 4,026 5,086 5,808 7,313 15,00 26,41 
250 3,847 4,837 5,496 6,863 13,74 23,82 
255 3,682 4,609 5,211 6,458 12,64 21,58 

  Armazenagem   
  Queima   

 



 73

4.5 Quarta etapa 

 

Como não havia problemas de vazão, estudaram-se as características do óleo para 

verificar se atendia às condições ideais para esse tipo de queimador. A partir dos dados de 

catálogo dos queimadores e das especificações e análises do óleo que estava sendo queimado, 

pôde-se observar que, apesar regulagem dos termostatos estarem corretas, o óleo não era 

atomizado de maneira uniforme. 

 

A temperatura de queima, conforme as especificações da BR, para o óleo 3A é de 145°C. 

Todas as condições estavam ajustadas conforme as especificações. Restou então tentar ajustar o 

sistema para viscosidade menor, ou seja, aumentando a temperatura no aquecedor. 

 

Esse ajuste foi feito e não surtiu efeito, o sistema continuava operando irregularmente. 

Chegou-se à conclusão que a causa provável do funcionamento irregular estava ligada ao 

sistema de aquecimento. 

 

Todas as ligações foram vistoriadas, os painéis e cabos conferidos, mas nada foi 

encontrado. Com o sistema desligado para verificação da situação interna do aquecedor 

observou-se que estava tudo em ordem. Era esperada uma grande impregnação de carvão ao 

redor da resistência devido ao craqueamento do óleo, mas isso não ocorreu.  

 

A partir de então testou se a formulação fornecida pela BR Distribuidora que fornecia a 

quantidade de calor necessária a ser gerada pelo aquecedor para atingir a viscosidade correta 

levando em consideração as características do óleo e a taxa de dissipação das resistências. Esta 

formulação já foi apresentada no capítulo 3, e é reproduzida aqui para facilidade de seguir a 

argumentação: 

 

Q = m [A (T2 – T1) + B/2 (T2
2 – T1

2)],                                                                                         (2)  

 

onde m é a vazão mássica no sistema e A e B são constantes, cujos valores são A = 1,6506 e B = 

0,00332 (Garcia e Bernardes, 1992). 

 

 

 



 74

As temperaturas de entrada e saída eram T1 = 60 °C e T2 = 120 °C e vazão de óleo era m 

= 0,644 m3/h. Assim: 

 

Q = 0,644 x [1,6506 (120 – 60) + ( 1202 – 602) = 52,23 kW. 

 

Q = 52,23 kW. 

 

O aquecedor existente dispunha de apenas 36 kW de potência. Como nem todo óleo entra 

em contato com a resistência e o tempo de residência no aquecedor é baixo, o óleo saía 

heterogêneo quanto à sua viscosidade, fazendo com que em alguns momentos o queimador 

funcionasse fora das condições de atomização. 

 

O problema foi resolvido com a aquisição de um aquecedor complementar para ser 

ligado em série. 

 

A partir da correção os queimadores tornaram-se estáveis e mais fáceis de controlar, 

segundo os forneiros. 

 

Os resultados dessa correção puderam ser observados pela menor variação da 

temperatura durante o processo de forjamento, uma menor incidência de formação de borra de 

óleo nos blocos difusores dos queimadores e nas paredes do forno opostas aos queimadores. 

 

Observou-se ainda a menor formação de carepa nos blocos de aço a serem forjados e um 

número menor de intervenções para correção dimensional