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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77467
Type: | TCC |
Title: | Avaliação de desempenho dos trocadores de calor na operação de caldeira de leito fluidizado |
Authors: | Araujo, Francisco Zildivan Albuquerque |
Advisor: | Barcellos, William Magalhães |
Keywords in Brazilian Portuguese : | Trocadores de calor;Leito fluidizado;Motor redutor;Sobreaquecimento;Eficiência de extração |
Keywords in English : | Heat exchanger;Concentric;Serpentine;Fluidized bed;Gear motor;Overheating |
Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Issue Date: | 2023 |
Citation: | ARAUJO, Francisco Zildivan Albuquerque. Avaliação de desempenho dos trocadores de calor na operação de caldeira de leito fluidizado. 2023. 90 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Energias Renováveis)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Os trocadores de calor são alguns dos equipamentos mais amplamente utilizados na indústria moderna nos setores químico, petroquímico, energético, entre outros. Seu uso também está bastante presente no cotidiano em geladeiras, aparelhos de ar condicionado e sistemas de arrefecimento automotivo. Há muitos tipos de trocadores de calor desde os menores e mais simples, como os concêntricos até os maiores e mais robustos como os de casco e tubo. O presente trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho de um conjunto de trocadores de calor que farão parte de uma caldeira de leito fluidizado na qual o meio poroso será areia e lodo/GNV/Biometano serão os combustíveis. Os materiais de fluidização e queima serão inseridos na caldeira através de transportadores helicoidais, que terão uma de suas extremidades em contato com a zona de combustão e a outra estará acoplado a um motorredutor de acionamento, que deve estar em uma temperatura inferior a 90 °C para operação sem sofrer danos. Alguns dos trocadores avaliados são do tipo concêntricos, em que sua parte externa recobrem o transportador helicoidal e a areia ou o lodo, com o intuito de remover calor na região próxima ao motorredutor para que não haja sobreaquecimento no equipamento. A metodologia utilizada consiste no uso de equações e análises das transferências de calor do sistema formado pelo transportador, areia, trocador de calor e motorredutor com o intuito de calcular analiticamente a temperatura a qual o acionador do transportador helicoidal estará submetido. Foram avaliados 4 trocadores de calor com essa configuração. O outro trocador que será investigado é do tipo serpentina o qual está localizado no interior da caldeira de leito fluidizado, por ele passa água pressurizada que deverá ser aquecida para 130 °C, assim, a forma de avaliação foi feita pelo cálculo da sua eficiência de extração, ou seja, qual percentual do calor de combustão esse trocador do tipo serpentina é capaz de absorver. Para esse estudo foram estimadas as perdas pela parede da caldeira e pelos gases de exaustão, sendo esse estudo feito tanto para uma caldeira em menor escala de laboratório quanto para uma maior em escala piloto, cujos parâmetros de funcionamento foram estimados com o auxílio de dados experimentais obtidos com a caldeira menor. Os resultados encontrados mostraram que a maior temperatura do transportador helicoidal em contato com o motorredutor será de aproximadamente 86°C, mantendo o equipamento seguro. Enquanto para os trocadores do tipo serpentina analisados, a eficiência de remoção do calor de combustão ficou em quase 84%, enquanto para a caldeira de leito fluidizado em escala piloto passou dos 90%. |
Abstract: | Heat exchangers represent one of the most widely used equipment types in modern industry, utilized across sectors like chemical, petrochemical, and energy. They also find extensive applications in everyday appliances such as refrigerators, air conditioners, and automotive cooling systems. Heat exchangers come in many types, ranging from the smallest and simplest, like concentric ones, to larger and more robust versions like shell and tube exchangers. This study aims to evaluate a set of heat exchangers that will be part of a fluidized bed boiler. In this setup, the porous medium will consist of sand, and the fuel used will be a combination of sludge and compressed natural gas (CNG). The fluidization and combustion media will be introduced into the boiler through helical conveyors. One end of these conveyors will be in contact with the combustion zone, while the other end will be connected to a drive motor reducer, which must maintain an operating temperature below 90°C to avoid damage. One of the evaluated heat exchangers is of the concentric type, where its outer part covers the helical conveyor and the sand or sludge. This design aims to remove heat in the region close to the motor reducer, preventing equipment from overheating. The methodology involves using equations and analyzing heat transfers within the system formed by the conveyor, sand, heat exchanger, and motor reducer to analytically determine the temperature to which the helical conveyor drive will be subjected. Four heat exchangers with this configuration will undergo evaluation. The other heat exchanger under investigation is of the coil-type, situated inside the fluidized bed boiler. Pressurized water passes through this coil and needs to be heated to 130°C. The evaluation will focus on calculating its extraction efficiency and determining the percentage of combustion heat that this coil-type heat exchanger can absorb. For this study, we estimated losses through the boiler wall and exhaust gases, conducting the analysis for both a smaller laboratory-scale boiler and a larger one. The operating parameters for the larger boiler were estimated using experimental data obtained from the smaller boiler. The results indicate that the maximum temperature of the helical conveyor in contact with the motor reducer will be approximately 86°C, ensuring the safety of the equipment. As for the analyzed coil-type heat exchanger, its combustion heat removal efficiency was close to 84%, while for the pilot-scale fluidized bed boiler, it exceeded 90%. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77467 |
Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/7399721094710384 |
Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/3063061710566545 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS - Monografias |
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