Estudo experimental da fluidodinâmica a frio de partículas de carvão mineral e areia em leito fluidizado circulante

• Autor(a) principal: Martins, Relander
• Data de Publicação: 2014
• 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/1/16390
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Carvão - Pesquisa; Fluidização; Dinâmica dos fluidos; Gás - Escoamento; Coal - Research; Fluidization; Fluid dynamics; Gas flow

Sistemas de leito fluidizado circulante representam uma tecnologia amplamente difundida em países desenvolvidos, com a qual se pode melhorar o aproveitamento de recursos energéticos em processos de conversão termoquímica, tais como combustão, gaseificação e pirólise. Entre os combustíveis com elevado potencial de aplicação neste sistema, tem-se o carvão mineral, um recurso relativamente pouco utilizado no Brasil em virtude das suas propriedades físico-químicas, disponibilidade concentrada apenas na região sul e o atraso na implantação de tecnologias mais modernas capazes de proporcionar uma combustão mais eficiente e com menor impacto ambiental. Na tarefa de otimizar o processo de combustão é essencial conhecer, mesmo em condições a frio, o comportamento fluidodinâmico da mistura gás-sólido no interior do sistema, uma vez que este determina as características dos fenômenos de transferência de calor e de massa durante a conversão do combustível. Assim, o presente trabalho analisou os perfis da perda de pressão a frio de um leito fluidizado de escala laboratorial, alimentado com partículas de carvão mineral e areia quartzosa sob várias situações de operação. Um planejamento fatorial 22 em duplicata foi utilizado nos testes experimentais, totalizando oito testes, tendo como fatores controlados o inventário total de sólidos com os níveis de 3,5 kg e 5 kg e a relação mássica de mistura nos níveis de 5% e 10%. Durante os testes, a velocidade de fluidização foi mantida em 4 m/s na base do riser. Os resultados experimentais são comparados com simulações realizadas a partir de um modelo matemático semi-empírico desenvolvido em trabalhos anteriores, utilizando o software EES®. Operando o sistema com 5 kg foi verificado que o aumento da relação de mistura provoca um aumento da pressão estática no circuito, devido ao maior atrito das partículas sólidas com as paredes do sistema. Já para o inventário de sólidos de 3,5 kg, o efeito verificado na pressão estática pelo acréscimo da relação mássica de mistura foi menos evidente. O desvio obtido entre os resultados experimentais e os simulados no modelo foi considerado aceitável em todos os componentes, apresentando valores inferiores a 10% na região da válvula L. Adicionalmente, ao inserir um transdutor de pressão de resposta rápida na região inferior do riser foi avaliada a flutuação de pressão em função do tempo, obtendo-se também resultados consistentes. Uma análise estatística foi realizada com os dados de pressão obtidos pelo transdutor, a fim de estabelecer a magnitude e a relevância dos efeitos provocados pelas variáveis controladas.