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Title in Portuguese: Avaliação de parâmetros fluidodinâmicos em reator de leito fluidizado borbulhante.
Title: Evaluation of fluid dynamic parameters in a bubbling fluidized bed reactor.
Author: Silva, Ianna Larah Mendes
Advisor(s): Barcellos , William Magalhães
Keywords: Leito fluidizado
lodo e areia de ETE
estudo fluidodinâmico
lodo
areia de ETE
Issue Date: 2018
Citation: SILVA, Ianna Larah Mendes. Avaliação de parâmetros fluidodinâmicos em reator de leito fluidizado borbulhante. 2018. 62 f. Monografia (Graduação em Engenharia de Energias Renováveis) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O gerenciamento dos resíduos líquidos urbanos em Estações de Tratamento de Esgoto tem sido caracterizado como um problema complexo de altos custos operacionais e energéticos. Envolve ainda a consideração da necessidade de destinação apropriada dos rejeitos decorrentes do processo como, por exemplo, o lodo dos biodigestores e areia trazida nas redes de esgoto, os quais têm demandado alternativas tecnológicas para lidar com essa questão. Neste contexto, os reatores de leito fluidizado apresentam-se como uma solução tecnológica e economicamente sustentável, devido às suas propriedades térmicas notáveis, especialmente no tocante à baixa emissão relativa de poluentes, como NOx, e na uniformidade da temperatura do leito. Em alinhamento com essa proposta, foi desenvolvido um protótipo desse gênero de reator, dedicado à operação em regime borbulhante, em que foram feitos procedimentos experimentais com o objetivo de compreender seus fenômenos fluidodinâmicos e, assim, determinar as condições adequadas de funcionamento. O reator utilizado possui diâmetro interno de 0,110 m, altura de 0,935 m, construído em aço carbono com revestimento interno de concreto refratário, sendo uma altura de 0,442 m da câmara de combustão preenchida com areia de granulometria na faixa de 300 a 355 μm, referente a 45-50 MESH ASTM, a qual participa termicamente do processo como um meio poroso inerte móvel. O protótipo de estudo se encontra no Laboratório de Combustão e Energias Renováveis (LACER), localizado na Universidade Federal do Ceará, que serve como base de pesquisa, visando a construção de uma caldeira de leito fluidizado dedicada à operação com biogás e lodo, enquanto combustível renovável de projeto e, ainda, utilizando a areia proveniente do esgoto como material-base constituinte do leito. Quanto à metodologia de trabalho, foram realizados os principais procedimentos de investigação, quais sejam: variar a altura do material inerte dentro do leito; inserir esferas cerâmicas de alumina (Al2O3) suspensas na parte superior do leito; verificar influência da inserção do pré-aquecedor de ar nos perfis de pressão durante a fluidização a temperatura ambiente e em operação. Complementarmente, foi comparado o comportamento fluidodinâmico do leito em diferentes diâmetros de câmara, 0,044; 0,065 e 0,090 m, utilizando uma bancada de estudo apropriada, constituída de tubos de acrílico. Por fim, realizou-se uma análise granulométrica da areia de esgoto e uma sucessiva fluidização de uma amostra semelhante a essas faixas granulométricas, usando areia comum. Através de experimentos, foi possível plotar gráficos de curvas de queda de pressão, descobrir a necessidade da mudança da proporção L/D (comprimento do leito / diâmetro do leito) para projetos futuros da caldeira e estudar resultados para fazer inferências sobre a influência de cada procedimento realizado.
Abstract: The management of urban liquid waste in sewage treatment stations has been characterized as a complex problem of high costs, both operational and energetic. It involves the consideration of the need for appropriate disposal of the waste that is resulting from the process, such as sludge from biodigestors and sand brought in sewage networks, which have been demanding technological alternatives to deal with this issue. In this context, fluidized bed reactors are a technological and economically sustainable solution due to their remarkable thermal properties, especially in relation to the relative low emission of pollutants. In line with this proposal, a prototype of this kind of reactor was developed, dedicated to the operation in a bubbling regime, in which experimental procedures were carried out in order to understand its fluid dynamics phenomena and, therefore, to determine the appropriate operating conditions. The reactor used has an internal diameter of 0.110 m, a height of 0.935 m, made of carbon steel with internal covering of refractory concrete. A large part of the combustion chamber is filled with sand of granulometry in the range of 300 to 355 μm, 50 MESH ASTM, which thermally participates in the process as a mobile inert porous medium. The study prototype is located in the Laboratory of Combustion and Renewable Energies (LACER), located at the Federal University of Ceará, which serves as a research base, aiming the construction of a fluidized bed boiler dedicated to the operation with biogas and sludge as fuel and also using the sand from the sewage as the bedrock constituent material. As for the work methodology, the main investigation procedures were carried out, namely: varying the height of the inert material inside the bed; insert alumina (Al2O3) ceramic beads suspended in the upper part of the bed; to verify the influence of the insertion of the air preheater on the pressure profiles during the fluidization at room temperature and in operation. In addition, the fluid dynamic behavior of the bed was compared in different chamber diameters, using an appropriate research stand, made of acrylic tubes. Finally, a granulometric analysis of the sewage sand and a successive fluidization of a sample equivalent to these granulometric bands were made using common sand. Through experiments, it was possible to draw graphs of pressure drop curves, to find out the need to change the L / D ratio for future boiler projects and to study results to make inferences about the influence of each performed procedure.
Abstract in Spanish: La gestión de los residuos municipales en las plantas de tratamiento de aguas residuales se ha caracterizado por ser un problema complejo de altos costos operativos y de energía. También implica la consideración de la necesidad de una eliminación adecuada de los desechos resultantes del proceso, como el lodo de biodigestores y la arena que ingresan a los sistemas de alcantarillado, que han exigido alternativas tecnológicas para abordar este problema. En este contexto, los reactores de lecho fluidizado se presentan como una solución tecnológica y económicamente sostenible debido a sus notables propiedades térmicas, especialmente con respecto a la baja emisión relativa de contaminantes como NOx, y la uniformidad de la temperatura del lecho. En línea con esta propuesta, se desarrolló un prototipo de este tipo de reactor, dedicado a la operación bajo régimen de burbujeo, en el que se realizaron procedimientos experimentales para comprender su dinámica de fluidos y, por lo tanto, para determinar las condiciones de operación adecuadas. El reactor utilizado tiene un diámetro interno de 0.110 m, una altura de 0.935 m, hecha de acero al carbono con un revestimiento interno de concreto refractario, y una altura de 0.442 m de la cámara de combustión llena de arena en el rango de 300 a 355 μm. 45-50 MESH ASTM, que participa térmicamente en el proceso como un medio poroso inerte móvil. El prototipo del estudio se encuentra en el Laboratorio de Combustión y Energía Renovable (LACER), ubicado en la Universidad Federal de Ceará, que sirve como base de investigación, con el objetivo de construir una caldera de lecho fluidizado dedicada a la operación con biogás y lodos, como combustible. proyecto, y también utilizando arena de aguas residuales como material base de la cama. En cuanto a la metodología de trabajo, se realizaron los principales procedimientos de investigación, a saber: variación de la altura del material inerte dentro de la cama; insertar perlas de cerámica de alúmina (Al2O3) suspendidas en la parte superior de la cama; Verificar la influencia de la inserción del precalentador de aire en los perfiles de presión durante la fluidización a temperatura ambiente y en funcionamiento. Además, la dinámica de fluidos del lecho a diferentes diámetros de cámara, 0.044; 0.065 y 0.090 m usando un banco de estudio apropiado hecho de tubos acrílicos. Finalmente, se realizó un análisis de tamaño de partícula de arena de aguas residuales y una posterior fluidización de una muestra similar a estos rangos de tamaño usando arena común. A través de experimentos, fue posible trazar curvas de caída de presión, descubrir la necesidad de cambiar la relación L / D (longitud del lecho / diámetro del lecho) para futuros diseños de calderas y estudiar los resultados para hacer inferencias sobre la influencia de cada caldera. procedimiento realizado.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/45656
metadata.dc.type: TCC
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