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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25985| Título: | Análise computacional da taxa de produção de vapor gerada em trocador de calor tipo jaqueta acoplado à seção riser de um leito fluidizado circulante de laboratório |
| Título(s) alternativo(s): | Computational analysis of the steam mass flowrate generated from a waterjacket heat exchanger coupled to the riser of a labscale circulating fluidized bed |
| Autor(es): | Silva, Leonardo Moreira da |
| Orientador(es): | Behainne, Jhon Jairo Ramirez |
| Palavras-chave: | Vapores Permutadores térmicos Caldeiras Fluidização Gás - Escoamento Vapors Heat exchangers Boilers Fluidization Gas flow |
| Data do documento: | 13-Mai-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | SILVA, Leonardo Moreira da. Análise computacional da taxa de produção de vapor gerada em trocador de calor tipo jaqueta acoplado à seção riser de um leito fluidizado circulante de laboratório. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2021. |
| Resumo: | A utilização das caldeiras de leito fluidizado circulante (LFC), para a produção de vapor como fonte de calor e/ou de energia elétrica, tem crescido consideravelmente nas últimas décadas pelas vantagens oferecidas em termos de rendimento energético e impacto ambiental. No entanto, a abundante informação disponível na literatura sobre as características operacionais dos evaporadores das caldeiras de LFC comerciais, contrasta com a escassez de dados relatando o desempenho de geradores de vapor acoplados em unidades de fluidização rápida de pequeno porte. O presente trabalho contribui no preenchimento dessa lacuna, propondo um procedimento para o cálculo da vazão mássica de vapor de água que pode ser produzida a partir de um trocador de calor do tipo jaqueta posicionado na coluna riser de uma unidade de leito fluidizado circulante em escala de laboratório. Os modelos matemáticos escolhidos para detalhar os fenômenos de transferência de calor, atrelados tanto à mudança de fase da água no interior do trocador de calor, bem como ao escoamento gás-sólido aquecido pela combustão na coluna riser, foram obtidos da literatura e implementados no aplicativo Engineering Equation Solver (EES) para sua solução numérica. A partir das condições operacionais impostas ao evaporador, foram obtidos os perfis da taxa de produção de vapor em função da pressão de operação, da velocidade de fluidização no riser, do título do vapor gerado, do diâmetro médio da partícula fluidizada, da porosidade média do leito e da temperatura do escoamento gás-sólido. Os resultados mostraram que a taxa do vapor produzido pelo trocador de calor, nas condições operacionais simuladas, pode variar na faixa de 8,5 kg/h a 15,7 kg/h, com a temperatura e a porosidade do leito fluidizado tendo destaque no processo da mudança de fase. Embora os resultados das simulações realizadas tenham mostrado comportamento coerente, testes experimentais na fornalha de LFC estudada se fazem necessários para a validação dos modelos matemáticos implementados. |
| Abstract: | In last decades, the steam production from circulating fluidized bed (CFB) boilers has deserved importance due to their advantages in terms of energy efficiency and environmental impact. However, the abundant information regarding the operation of evaporators used in commercial CFB boilers contrasts with scarce data detailing the performance of such devices coupled to small fast fluidization units. By recognizing this gap, a procedure to calculate the steam mass flow rate that could be produced from a jacket type heat exchanger externally positioned on the riser column of a labscale circulating fluidized bed unit was proposed. Mathematical models extracted from literature were implemented in the Engineering Equation Solver (EES) software to simulate the heat transfer phenomena related to the water´s phase change through the heat exchanger, as well as to the gas-solid flow in contact with riser walls. Profiles of the steam mass flowrate were predicted as a function of the steam pressure, fluidizing gas velocity in the riser, steam quality, bed mean particle diameter, average bed porosity and temperature of the gas-solid flow. Results showed that the steam mass flowrate generated by the small evaporator can vary from 8.5 kg/h up to 15.7 kg/h, suggesting that both the bed temperature and the bed porosity have the highest impact on the phase change process. Although the predicted results obtained from simulations make sense, experimental tests in the lab scale CFB unit here studied are required to validate the proposed mathematical models. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25985 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Mecânica |
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