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Título: Efeito da velocidade de fluidização e do inventário de sólidos no perfil de pressão de uma válvula loop-seal acoplada a um sistema de leito fluidizado circulante
Autor(es): Ratti, Gustavo Baggio
Orientador(es): Behainne, Jhon Jairo Ramirez
Palavras-chave: Fluidização - Velocidade
Válvulas
Engenharia mecânica
Fluidization - Speed
Valves
Mechanical engineering
Data do documento: 1-Dez-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: RATTI, Gustavo Baggio. Efeito da velocidade de fluidização e do inventário de sólidos no perfil de pressão de uma válvula loop-seal acoplada a um sistema de leito fluidizado circulante. 2015. 74 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2015.
Resumo: Válvulas do tipo loop-seal são dispositivos utilizados na reciclagem de sólidos em sistemas de leito fluidizado circulante. Esta válvulas são ausentes de partes móveis e acionadas pela injeção de ar (aeração) em locais apropriados, regulando a taxa de recirculação externa de sólidos a valores requeridos para uma operação estável do sistema de fluidização. As válvulas tipo loop-seal são acopladas a sistemas de leito fluidizado circulante (LFC) e usadas para a geração de energia térmica em processos de combustão e gaseificação e em aplicações da indústria petroquímica. As características fluidodinâmicas do contato gás-sólido na válvula loop-seal e no sistema em geral dependem das condições operacionais impostas ao circuito de fluidização. Tendo em vista a importância que representa a válvula de recirculação de sólidos para um sistema de LFC, este trabalho estudou o efeito produzido pela variância da velocidade de fluidização de do inventário de sólidos do leito sobre o comportamento da pressão estática do escoamento gás-sólido no riser e no interior da válvula de reciclagem. Os ensaios experimentais seguiram um planejamento fatorial 2² com três repetições, totalizando 12 testes experimentais, alterando a velocidade de fluidização entre 3,5 e 4,5 m/s e o inventário de sólidos entre 3,5 e 5 kg, utilizando em todos os testes, partículas de areia quartzosa com 180 μm de diâmetro médio e taxa de aeração fixa no valor de 0,4 Nm³/h. A discussão dos dados foi realizada com base na análise dos perfis axiais e quedas de pressão obtidas, em análise de variância ANOVA e gráficos Pareto. Os resultados mostraram que nos componentes do riser, ciclone, standpipe e câmara de reciclagem o inventário de sólidos apresentou significância da variação da pressão com efeito, diretamente proporcional. A velocidade de fluidização apresentou influência significativa no ciclone e standpipe também com efeito diretamente proporcional. Adicionalmente, nenhum dos dois parâmetros analisados influenciou significativamente na câmara de alimentação e, bem como também não influenciou a altura da passagem horizontal da válvula. Na câmara de alimentação foi observada uma região de estagnação, sugerindo a possibilidade de melhoria na geometria da válvula loop-seal. Adicionalmente, foi observado nos experimentos um caminho preferencial de escoamento gás-sólido na válvula de recirculação, como esperado para o caso de apenas aeração da câmara de reciclagem.
Abstract: Loop-seal type valves are devices used in the recycling of solids in circulating fluidized bed systems. These valves are absent moving parts and driven by the injection of air (aeration) at appropriate locations, adjusting the outer recirculation rate of solids values required for stable operation of the fluidizing system. The loop-seal are attached to circulating fluidized bed systems type valves (LFC) and used to generate thermal energy in combustion and gasification processes and the petrochemical industry applications. The fluid dynamic characteristics of the gas-solid contact in the loop-seal valve and the system in general depend on the operating conditions imposed on the fluidization circuit. In view of the importance that is the solids recirculation valve for LFC system, this work study the effect produced by the variance of the fluidization velocity and bed solids inventory of the static pressure behavior of the gas-solid flow in with in the riser and recycling valve. Experimental tests followed a factorial design with three replications 2², a total of 12 experimental tests, changing the fluidizing velocity between 3,5 and 4,5 m/s and solids inventory between 3,5 and 5 kg, using in all tests, quartz sand particles with an average diameter of 180 μm and the fixed aeration rate of 0,4 Nm³/h. A discussion of the data was bases on analysis of axial profiles obtained and pressure drops in analysis of variance ANOVA and graphic Pareto. The results showed that the riser components cyclone chamber standpipe and recycling the solids inventory showed significant variation in the pressure with directly proportional effect. The fluidization velocity presented significant influence in the cyclone and stanpipe with directly proportional effect too. Additionally neither analyzed parameters significantly influence the feed chamber and the height or the horizontal passage valve. In the feed chamber stagnation region was observed, suggesting the possibility of improving the geometry of the loop-seal valve. Additionally, it was observed in experiments a preferred way of gas-solid flow in the recirculation valve, as expected only in case of recycling aeration chamber.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6517
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