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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16536| Título: | Projeto de sistema recuperador de calor a partir de sólido particulado quente em leito fluidizado raso |
| Título(s) alternativo(s): | Project of a recovery heat system from hot solid particulate in heat exchanger with shallow fluidized bed |
| Autor(es): | Turini, Bruno Alves Figueroa Ferreira, João Vitor Apolinário |
| Orientador(es): | Parise, Maria Regina |
| Palavras-chave: | Meios de transferência de calor Fluidização Tubos de calor Energia - Armazenamento Heat-transfer media Fluidization Heat pipes Energy storage |
| Data do documento: | 21-Nov-2014 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | TURINI, Bruno Alves Figueroa; FERREIRA, João Vitor Apolinário. Projeto de sistema recuperador de calor a partir de sólido particulado quente em leito fluidizado raso. 2014. 123 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2014. |
| Resumo: | A recuperação de calor de gases ou sólidos particulados aquecidos é uma das aplicações viáveis dos sistemas fluidizados e, sendo corretamente aplicada, a utilização dessa energia pode trazer muitos benefícios para os processos industriais. Neste sentido, no presente trabalho foi elaborado um projeto de um sistema de recuperação de calor de sólidos particulados em leito fluidizado, através da aplicação de uma metodologia de projeto a partir de modelos matemáticos para um trocador de calor com leito fluidizado raso com tubo imerso. Foi projetado um sistema formado por um aquecedor a gás com leito fluidizado borbulhante, um trocador de calor com leito fluidizado raso e um sistema de transporte pneumático para promover o retorno dos sólidos ao aquecedor. O resfriamento das partículas foi realizado através do escoamento de água no interior de um tubo imerso no leito, em arranjo contracorrente, com uma corrente de sólidos com temperaturas de entrada e saída de 400°C e 100°C, respectivamente. O material sólido em estudo foi areia, com diâmetro médio de 254 µm, fluidizado com ar em trocador de calor com 450 mm de comprimento e 75 mm largura. O sistema foi projetado para operar em regime permanente para descargas de sólidos alterando entre 13 e 17 kg/h. O leito fixo possui altura de 60 mm e a relação entre a velocidade superficial do gás e a velocidade de mínima fluidização permanece na faixa de 1 a 6. O aquecimento dos sólidos particulados será promovido pelo aquecedor à GLP, até atingir a temperatura de 400°C. Após o descarregamento dos sólidos do trocador de calor, este é retomado novamente para o interior do aquecedor, por meio de transporte pneumático, visando uma maior eficiência energética e facilidade para operação do sistema. Foram realizados balanços de massa e energia entre as três correntes (água, ar e sólidos), buscando atingir altas taxas de transferência de calor com a menor área de troca térmica. O projeto foi avaliado visando a determinação da influência da alteração nas vazões mássicas das correntes 7 de materiais, na relação entre a velocidade superficial do gás e a velocidade de mínima fluidização, no diâmetro e na densidade da partícula, mantendo fixas as dimensões do equipamento. Para isso, foram levantados gráficos do comportamento térmico do sistema quando sujeito às diferentes condições operacionais. Os resultados mostraram que o sistema comporta-se de maneira oposta no que diz respeito ao valor do coeficiente global de transferência de calor. Com o aumento das vazões mássicas, o coeficiente global de transferência de calor apresenta uma tendência de aumento, porém quando o trocador de calor é sujeito às partículas de maior diâmetro, o valor do coeficiente global de transferência de calor tende a diminuir. Portanto, o estudo e o entendimento desses parâmetros mostraram-se importantes para a compreensão e projeto de equipamentos desta natureza. |
| Abstract: | Heat recovery of heated gases or solids particles is one of the viable applications of fluidized systems, and being properly applied, the utilization of this energy can bring many benefits to industrial processes. In this sense, the present paper a design of a system of heat recovery of particulate solids in fluidized bed by applying a design methodology from mathematical models for a heat exchanger with shallow fluidized bed with immersed tube was prepared. A system formed by a gas heater with bubbling fluidized bed, a heat exchanger shallow fluidized bed and pneumatic transport system, to promote the return of solids to the heater, was designed. The cooling of the particles was accomplished by water flow inside a tube immersed in the bed, countercurrent arrangement, with a stream of solids with inlet and outlet temperatures of 400°C and 100°C respectively. The solid test material was sand with a mean diameter of 254 µm fluidized with air in heat exchanger 450 mm long and 75 mm wide. The system was designed to operate in permanent regime for discharges of solids changing between 13 and 17 kg/h. The fixed bed has height of 60 mm and the relationship between superficial gas velocity and minimum fluidization velocity (uo/umf) remains in the range of 1 to 6. The heating of the particulate solids is promoted by heating the LPG to reach to 400°C. After the unloading of the solid heat exchanger, it is taken back inside the heater by means of pneumatic transport, aiming at a higher energy efficiency and ease of operation of the system. Mass and energy balances between the three streams (water, air and solid) were performed, aiming to achieve high rates of heat transfer to the lower area of heat exchange. The project was evaluated in order to determine the influence of the change in mass flow rates of the material streams, in relationship between superficial gas velocity and minimum fluidization velocity, in diameter and density particle, while maintaining the dimensions fixed of the equipment. In this purpose, the thermal behavior of the system when 9 subjected to different operating conditions were raised. The results showed that the system behaves in an opposite way with respect to the value of the overall heat transfer coefficient. With increasing mass flow rates, the overall heat transfer coefficient presents an increasing trend, but when the heat exchanger is subjected to larger diameter particles, the value of the overall heat transfer coefficient tends to diminish. Therefore, the study and understanding of these parameters proved to be important for the understanding and design of equipment of this nature. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16536 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Química |
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