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

• Autor(a) principal: Silva, Leonardo Moreira da
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25985
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Vapores; Permutadores térmicos; Caldeiras; Fluidização; Gás - Escoamento; Vapors; Heat exchangers; Boilers; Fluidization; Gas flow

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.