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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35351| Título: | Simulação computacional da influência de parâmetros operacionais sobre a pressão estática do escoamento gás-sólido em fornalha piloto de leito fluidizado circulante |
| Título(s) alternativo(s): | Computational simulation of the influence of operational parameters on the static pressure of the gassolid flow in a pilot circulating fluidized bed furnace |
| Autor(es): | Oliveira, Sâmeque Pereira de |
| Orientador(es): | Behainne, Jhon Jairo Ramirez |
| Palavras-chave: | Métodos de simulação Fornalhas Inteligência computacional Simulation methods Kilns Computational intelligence |
| Data do documento: | 16-Dez-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | OLIVEIRA, Sâmeque Pereira de. Simulação computacional da influência de parâmetros operacionais sobre a pressão estática do escoamento gás- sólido em fornalha piloto de leito fluidizado circulante. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2022. |
| Resumo: | Leitos fluidizados circulantes (LFCs) usados em fornalhas são sistemas multifásicos caracterizados por operarem no regime de fluidização rápida e, devido a seus aspectos construtivos e funcionais, possuem por característica uma boa eficiência de combustão, baixa emissão de óxidos de nitrogênio (NOx), altas taxas de troca de calor e de massa, além de apresentar o atrativo de operar satisfatoriamente com combustíveis de diversas propriedades. Uma fornalha piloto em pequena escala está atualmente em construção no Laboratório de Processos Termoquímicos do Departamento Acadêmico de Mecânica/UTFPR-Campus Ponta Grossa, e afim de prever o comportamento da pressão estática e a identificação das condições operacionais, este trabalho desenvolve um código computacional a partir de uma abordagem por modelagem semiempírica disponível na literatura para antever e nortear o planejamento de futuros experimentos. Inicialmente, apresenta- se uma comparação do código desenvolvido com o disponível na literatura e, posteriormente, este é aplicado à fornalha piloto. Os principais resultados obtidos mostraram que o inventário utilizado nas simulações tem um impacto direto na queda de pressão no circuito, que responde proporcionalmente ao aumento da massa de sólidos carregada no sistema. Percebeu-se, também, que o diâmetro de partícula foi o parâmetro que mais influenciou nos resultados das simulações, apresentando maiores quedas de pressão e problemas na convergência das soluções, apontando os piores resultados com partículas de diâmetro médio maior que 200 μm. Resultados obtidos com a variação da velocidade de fluidização no riser e no standpipe se mostraram incoerentes com os resultados esperados para a queda de pressão. Contudo, a taxa de circulação de sólidos se mostrou satisfatória com o apresentado na literatura, onde houve um aumento na queda de pressão percebida no riser e no standpipe com o aumento de ambos parâmetros de simulação. Por fim, ressalta-se que o código implementado no software EES® representou de forma satisfatória a física da fluidodinâmica nas condições testadas no sistema de leito fluidizado circulante, sendo ainda necessário introduzir algumas melhorias para a validação experimental antes de ser aplicado. |
| Abstract: | Circulating fluidized beds (CFBs) used as furnaces are multiphase systems characterized by operating in fast fluidization regime. Due to their constructive and functional aspects, they have good combustion efficiency, low emission of nitrogen oxides (NOx), and high rates of heat and mass transfer. In addition, they are attractive for operating with fuels of different physical and chemical properties. In order to predict the static pressure profile of the gassolid flow for stable operation of a pilot scale CFB furnace currently being installed at the Laboratory of Thermochemical Processes of the UTFPR-Campus Ponta Grossa, this work develops a computational code from a semiempirical modeling approach available in the literature to anticipate and guide the planning of future experiments. Initially, the code developed in this work was compared with that presented by other authors, and later, it was applied to simulate the pressure static profile in the pilot CFB furnace. The main results obtained showed that the solids inventory used in simulations has a significant influence on the pressure drop in the CFB loop, reacting proportionally to the increase of the mass of solids loaded into the system. It was also noticed that the particle diameter was the parameter that most influenced the results of the simulations, leading to greater pressure drops and problems in the convergence of solutions, mainly when simulating with particles of 200 μm or further. On the other hand, the results of the pressure drop variation when changing the fluidization velocity in the riser and standpipe were not as expected. Nevertheless, the solid circulation rate promoted an appropriate response, whereby the pressure drop in the riser and the standpipe grew up with the increase of both simulation parameters. Even though the code implemented in the EES® software satisfactorily represents the physics of the gassolid dynamics under the conditions tested in the circulating fluidized bed system, it is still necessary to introduce some improvements for experimental validation before being applied. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35351 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Mecânica |
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