Projeto de sistema recuperador de calor a partir de sólido particulado quente em leito fluidizado raso

• Autor(a) principal: Turini, Bruno Alves Figueroa
• Data de Publicação: 2014
• Outros Autores: Ferreira, João Vitor Apolinário
• 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/1/16536
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Meios de transferência de calor; Fluidização; Tubos de calor; Energia - Armazenamento; Heat-transfer media; Fluidization; Heat pipes; Energy storage

A recuperação de calor de gases ou sólidos particulados aquecidos é uma das aplicações viáveis dos sistemas fluidizados e, sendo corretamente aplicada, a utilização dessa energia pode trazer muitos benefícios para os processos industriais. Neste sentido, no presente trabalho foi elaborado um projeto de um sistema de recuperação de calor de sólidos particulados em leito fluidizado, através da aplicação de uma metodologia de projeto a partir de modelos matemáticos para um trocador de calor com leito fluidizado raso com tubo imerso. Foi projetado um sistema formado por um aquecedor a gás com leito fluidizado borbulhante, um trocador de calor com leito fluidizado raso e um sistema de transporte pneumático para promover o retorno dos sólidos ao aquecedor. O resfriamento das partículas foi realizado através do escoamento de água no interior de um tubo imerso no leito, em arranjo contracorrente, com uma corrente de sólidos com temperaturas de entrada e saída de 400°C e 100°C, respectivamente. O material sólido em estudo foi areia, com diâmetro médio de 254 µm, fluidizado com ar em trocador de calor com 450 mm de comprimento e 75 mm largura. O sistema foi projetado para operar em regime permanente para descargas de sólidos alterando entre 13 e 17 kg/h. O leito fixo possui altura de 60 mm e a relação entre a velocidade superficial do gás e a velocidade de mínima fluidização permanece na faixa de 1 a 6. O aquecimento dos sólidos particulados será promovido pelo aquecedor à GLP, até atingir a temperatura de 400°C. Após o descarregamento dos sólidos do trocador de calor, este é retomado novamente para o interior do aquecedor, por meio de transporte pneumático, visando uma maior eficiência energética e facilidade para operação do sistema. Foram realizados balanços de massa e energia entre as três correntes (água, ar e sólidos), buscando atingir altas taxas de transferência de calor com a menor área de troca térmica. O projeto foi avaliado visando a determinação da influência da alteração nas vazões mássicas das correntes 7 de materiais, na relação entre a velocidade superficial do gás e a velocidade de mínima fluidização, no diâmetro e na densidade da partícula, mantendo fixas as dimensões do equipamento. Para isso, foram levantados gráficos do comportamento térmico do sistema quando sujeito às diferentes condições operacionais. Os resultados mostraram que o sistema comporta-se de maneira oposta no que diz respeito ao valor do coeficiente global de transferência de calor. Com o aumento das vazões mássicas, o coeficiente global de transferência de calor apresenta uma tendência de aumento, porém quando o trocador de calor é sujeito às partículas de maior diâmetro, o valor do coeficiente global de transferência de calor tende a diminuir. Portanto, o estudo e o entendimento desses parâmetros mostraram-se importantes para a compreensão e projeto de equipamentos desta natureza.