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Título: Estudo experimental a frio de diferentes configurações de aeração de uma válvula loop-seal na fluidodinâmica de uma fornalha piloto de leito fluidizado circulante
Título(s) alternativo(s): Experimental study at room conditions of different aeration configurations of a loop-seal valve on the fluid dynamics of a lab-scale circulating fluidized bed furnace
Autor(es): Garcia Junior, Amauri Pinheiro
Horst, Vinicius Venske
Orientador(es): Behainne, Jhon Jairo Ramírez
Palavras-chave: Fornalhas
Fluidização
Água - Aeração
Fluidodinâmica computacional
Kilns
Fluidization
Water - Aeration
Computational fluid dynamics
Data do documento: 7-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: GARCIA JUNIOR, Amauri Pinheiro; HORST, Vinicius Venske. Estudo experimental a frio de diferentes configurações de aeração de uma válvula loop-seal na fluidodinâmica de uma fornalha piloto de leito fluidizado circulante. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2025.
Resumo: As válvulas de recirculação de sólidos, conhecidas como loop-seals, são componentes cruciais em sistemas de leito fluidizado circulante (LFC). Sua função principal é repor a quantidade de sólidos arrastada na coluna principal ou riser, assegurando a circulação contínua e adequada das partículas para o bom funcionamento do sistema. Neste estudo, conduzido no Laboratório de Processos Termoquímicos da UTFPR/Campus Ponta Grossa, uma caldeira piloto de leito fluidizado circulante foi testada a frio para avaliar experimentalmente duas configurações de aeração da válvula loop-seal. Os resultados esperados incluem a identificação das condições de funcionamento eficiente do LFC, a análise da recuperação de sólidos e a comparação dos perfis de pressão estática com as respectivas quedas de pressão nos componentes riser e downcomer. Um total de 32 testes experimentais, programados sob planejamento fatorial 2⁴ com repetição para verificação da reprodutibilidade dos experimentos, foram conduzidos para avaliar a influência das configurações de aeração aplicadas na válvula loop-seal sob dois níveis de velocidade de fluidização no riser, inventário total de sólidos e vazão volumétrica de aeração. Foram obtidas excelentes respostas do sistema dos testes, com os perfis de pressão axial correspondendo conforme a literatura, assim demonstrando a funcionalidade do sistema. Os resultados indicaram que a configuração A-C apresentou melhor desempenho em termos de estabilidade e menor variação de pressão em comparação com a configuração A-B. Além disso, verificou-se que a configuração de aeração influencia diretamente o comportamento do sistema, sendo um fator determinante para seu funcionamento eficiente em condições de maior velocidade de fluidização. Em testes com velocidades mais baixas, essa influência foi reduzida, sugerindo que a taxa de aeração aplicada deve estar alinhada às condições operacionais específicas do LFC.
Abstract: Solid recirculation valves, known as loop-seals, are crucial components in circulating fluidized bed (CFB) systems. Their main function is to replenish the amount of solids entrained in the main column or riser, ensuring the continuous and proper circulation of particles for the system’s optimal operation. In this study, conducted at the Thermochemical Processes Laboratory of UTFPR/Campus Ponta Grossa, a pilot-scale circulating fluidized bed boiler was tested under cold conditions to experimentally evaluate two aeration configurations of the loop-seal valve. The expected results include identifying efficient operating conditions for the CFB, analyzing solid recovery, and comparing static pressure profiles with the corresponding pressure drops in the riser and downcomer components. A total of 32 experimental tests, designed under a 2⁴ factorial plan with repetition to verify the reproducibility of the experiments, were conducted to assess the influence of the applied aeration configurations in the loop-seal valve under two levels of riser fluidization velocity, total solid inventory, and aeration volumetric flow rate. Excellent system responses were obtained from the tests, with axial pressure profiles corresponding to those reported in the literature, thereby demonstrating the system's functionality. The results indicated that the A-C configuration performed better in terms of stability and exhibited lower pressure variation compared to the A-B configuration. Furthermore, it was observed that the aeration configuration directly influences the system's behavior, being a determining factor for its efficient operation under higher fluidization velocity conditions. In tests with lower velocities, this influence was reduced, suggesting that the applied aeration rate should be aligned with the specific operational conditions of the CFB.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37795
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