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Title: Simulação numérica do pré-aquecimento de ar em calcinadores de alumina através de técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD).
Other Titles: Numerical simulation of air preheating in alumina calciners by computational fluid dynamics (CFD) techniques.
???metadata.dc.creator???: SOUZA, Andrey Oliveira de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ALVES, José Jailson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee1???: VASCONCELOS, Luís Gonzaga.
???metadata.dc.contributor.referee2???: BRITO, Romildo Pereira.
???metadata.dc.contributor.referee3???: LIMA, Carlos Antonio Pereira de.
Keywords: Fluidodinâmica Computacional - CFD;Pré-aquecedor;Combustão;Perfil de Temperatura;Valor de Velocidade;Calcinadores;Superaquecimento;Computational Fluid Dynamics - CFD;Pre-heater;Combustion;Temperature Profile;Speed Value;Calcinators;Overheating
Issue Date: 18-Feb-2011
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SOUZA, Andrey Oliveira de. Simulação numérica do pré-aquecimento de ar em calcinadores de alumina através de técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD). 2011. 73f. (Dissertação de Mestrado em Engenharia Química), Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2011. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/8197
???metadata.dc.description.resumo???: A aplicação de técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) foi utilizada para simulação do pre-aquecimento de ar em um sistema de combustão encontrado em calcinadores de alumina do tipo leito fluidizado. Em se tratando de eficiência energética e qualidade do produto, bem como custo de produção e manutenção, o sistema de combustão dos calcinadores corresponde ao sistema mais importante no processo de refino da alumina. Dentre os impactos negativos relacionados a esse sistema, destaca-se, neste trabalho, as altas temperaturas encontradas na região do domo do preaquecedor de ar do calcinador, representada pela zona primaria de combustão, o que indica um desgaste prematuro do material refratário deste equipamento, e, assim, colocando a integridade do calcinador em risco. O objetivo principal deste trabalho foi, através do uso de técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD), descrever o comportamento fluidodinâmico do ar no pre-aquecedor, com a intenção de prever a localização da falha prematura apresentada, bem como identificar as possíveis causas do problema. A modelagem e simulação numérica do processo foram feitas a partir do software CFX. A geometria do pre-aquecedor foi gerada de acordo com o desenho técnico do equipamento disponibilizado. Adotou-se o uso de malha não estruturada, sendo mais refinada na região de entrada do queimador. As condições operacionais foram ajustadas na modelagem de acordo com as condições encontradas na industria. Para efeito de simulação, o CH4 foi posto como sendo o combustível. As equações de conservação foram resolvidas numericamente a partir do método dos volumes finitos, fazendo uso da malha gerada. Os resultados foram avaliados a partir da analise dos perfis de temperatura e vetores de velocidade do ar no pre-aquecedor. De acordo com a visualização destes perfis foi possível identificar a formação de um vortice na altura da entrada de ar lateral, promovendo um turbilhão que se desloca em um caminho preferencial na direção da parede do vaso do pre-aquecedor. Na região do turbilhão percebe-se uma alta concentração de energia, justificada pela melhor mistura entre 0 oxigênio do ar e o combustível, explicando 0 aumento exagerado da temperatura nessa região. A região em que essa alta concentração de energia atinge a parede e coerente com a região onde ocorre a falha prematura do refratário. Uma melhor homogeneização da mistura do ar com 0 combustível, evitando caminhos preferenciais, pode ser a solução do problema.
Abstract: The application of computational fluid dynamic (CFD) method was used to simulate the pre-heating of air in a combustion system found in alumina fluidized bed calciners. When talking about energy efficiency and product quality, as well as production and maintenance costs, the calciner combustion system corresponds to the most important system in the alumina refining process. Among the negative impacts related to this system, this work highlights the high temperatures found in the area of the air pre-heater dome of the calciner, represented by the primary combustion zone, which indicates a premature stress of this equipments refractory material, and thus leaving the calciners integrity at risk. The main objective of this work was to describe the fluid dynamic behavior of the air in the pre-heater through computational fluid dynamics (CFD) method, in order to predict the location of the premature failure presented, as well as to identify possible causes of the problem. Modeling and numerical simulation of the process were carried out using the CFX software. The geometry of the pre-heater was generated according to the technical design of the available equipment. The use of an unstructured mesh was adopted, being it more refined in the input burner area. The operating conditions were adjusted according to the conditions found in industry. For simulation purposes, CH4 was inputted as fuel. The conservation equations were solved numerically through the finite volume method, using the generated mesh. The results were evaluated by analyzing the profiles of temperature and air speed vectors in the pre-heater. According to those profiles visualization, it was possible to identify the formation of a vortex close to the side air inlet, promoting a whirlpool moving in a preferential course in the direction of the vessel wall of the pre-heater. In region of the vortex a high concentration of energy can be observed, justified by the greatest mixture between the air's oxygen and the fuel, which explains the excessive increase in temperature in this region. The area where this high concentration of energy hits the wall is consistent to the region where the premature failure of the refractory occurs. A better homogenization of the mixture of air with fuel, avoiding preferential pathways, may be the solution to the problem.
Keywords: Fluidodinâmica Computacional - CFD
Pré-aquecedor
Combustão
Perfil de Temperatura
Valor de Velocidade
Calcinadores
Superaquecimento
Computational Fluid Dynamics - CFD
Pre-heater
Combustion
Temperature Profile
Speed Value
Calcinators
Overheating
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/8197
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

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