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Título: Construção e avaliação de um sistema recuperador de calor por fluxo de ar na solidificação do alumínio
Título(s) alternativo(s): Construction and assessment of a heat recovery system by air flow in the aluminium solidification
Autor(es): Brandhuber, Cássio Cunha Pacheco
Orientador(es): Behainne, Jhon Jairo Ramirez
Palavras-chave: Alumínio
Fundição
Meios de transferência de calor
Solidificação
Aluminum
Founding
Heat-transfer media
Solidification
Data do documento: 8-Dez-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: BRANDHUBER, Cássio Cunha Pacheco. Construção e avaliação de um sistema recuperador de calor por fluxo de ar na solidificação do alumínio. 2017. 58 f. Trabalho de Conclusão do Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2017.
Resumo: As indústrias de alumínio primário e secundário demandam grandes quantidades de energia, sendo um dos principais gastos inerentes ao processo. Grande parte da energia é gasta na fusão do metal, sendo perdida para o ambiente quando o alumínio solidifica-se, o que pode representar uma parcela importante do investimento inicial de energia em um forno de fundição comum. Em aplicações onde o metal é vazado em moldes permanentes, como é o caso de lingotes destinados a posterior refusão, é possível extrair o calor da solidificação e resfriamento e reintroduzi-lo no processo, de forma a aumentar a eficiência térmica, reduzindo custos com energia e garantindo produção mais limpa. Este trabalho avalia a extração deste calor através dos parâmetros térmicos envolvidos em um molde refrigerado a ar, tais como temperaturas obtidas, coeficientes de transferência térmica e eficiência da extração de calor, comparando-se o valor disponível nas etapas de solidificação e de resfriamento de um lingote com o alcançado pelo aumento na entalpia da vazão de uma massa de ar conhecida. Estuda-se também as possíveis aplicações do ar aquecido em uma indústria de alumínio secundário e sua efetividade como técnica de recuperação térmica. Os resultados indicam uma eficiência de extração de calor de 47% e uma quantidade de energia térmica de 386 kJ para cada quilograma de alumínio. A recuperação de calor do sistema experimental avaliado mostra-se promissor para o desenvolvimento de técnicas de reaproveitamento de energia térmica em processos de fundição.
Abstract: Primary and secondary aluminum industries demand large amounts of energy, being one of the main expenses inherent in the process. Most of the thermal energy is spent in the melting of the metal, being lost to the environment when the aluminum solidifies, which can represent an important fraction of the initial investment of energy in a common melting furnace. In applications where the metal is casted in permanent molds, as in the case of ingots intended for later re-melting, it is possible to extract the heat from the solidification and cooling and reintroduce it in the process in order to increase thermal efficiency, reducing energy costs and ensuring cleaner production. This work evaluates the extraction of this heat through the thermal parameters involved in an air-cooled mold, such as temperatures obtained, thermal transfer coefficients and heat extraction efficiency, comparing the available value in the solidification and cooling stages of a ingot with that achieved by the increase in the enthalpy of the flow of a known mass of air. It is also studied the possible applications of heated air in a secondary aluminum industry and its effectiveness as thermal recovery technique. The results indicate a heat extraction efficiency of 47% and a thermal energy quantity of 386 kJ for each kilogram of aluminum. The heat recovery system here assessed comes out as alternative for the development of waste heat recovery techniques in metal casting processes.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12645
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