Orientador: Waldir Antônio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NavarreteCereijo_German_M.pdf: 5308158 bytes, checksum: e2000224af9eab9b23e1890faab22618 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo simples para a simulação numérica da combustão de uma partícula pequena de bagaço numa fornalha industrial. Com este fim foi feito um estudo das principais etapas na combustão de uma partícula de biomassa: secagem, devolatili- zação, gaseificação e combustão do carvão. Destaca-se os modelos cinéticos para cada etapa e os mecanismos de transferência de calor por radiação em gases e de massa por convecção. Também foi modelada a trajetória vertical da partícula baseando-se nas forças de empuxo, peso e a força de arrasto com o objetivo de desenvolver uma ferramenta para determinar quais partículas são quei- madas em suspensão, quais são queimadas na grelha e quais são arrastradas pelo escoamento de gases. Para a simulação foi desenvolvido um programa em Fortran 90 onde a resolução numérica das equações diferenciais governantes é feita utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem. As equações governantes para as taxas de consumo da biomassa são determinadas a partir da cinética das reações e do transporte de massa por convecção. A devolatilização é modelada como uma pi- rólise cujo mecanismo de reação é modelado por uma equação cinética de primeira ordem baseada nos parâmetros de Arrhenius. A taxa de consumo de carvão é determinada por duas equações ciné- ticas de primeira ordem baseadas nos parâmetros de Arrhenius que representam a oxidação direta do carbono e a gaseificação do carbono utilizando como reagente o dióxido de carbono. As equa- ções governantes para a temperatura da partícula são determinadas a partir dos balanços de energia para cada etapa. A validação do modelo foi feita em base a outros modelos apresentados na literatura para par- tículas menores a 1 mm obtendo-se resultados consistentes. Nos resultados apresentam-se gráficos de massa, raio, composição e temperatura da partícula, fração molar de oxigênio na superfície da partícula, taxa de consumo da biomassa, e raio do frente de chama em função do tempo tanto para partículas esféricas como cilíndricas. Também apresentam-se gráficas da trajetória e velocidade da partícula variando a forma e tamanho desta e a velocidade do escoamento dos gases dentro da fornalha / Abstract: The aim of this work is to develop a simple model for the numerical simulation of the com- bustion of a small particle of bagasse in an industrial furnace. To this end a study of the main stages of the biomass particle combustion was carried out. Thats stages are: drying, devolatiliza- tion, char gasification and char combustion. Kinetics models for each stage and the mechanisms of heat transfer by radiation in gases and convective mass models are presented in details. Also, the vertical trajectory of the particle was modeled based on buoyant force, weight and drag force in order to develop a tool for determine which particles are burned in suspension, which are burned on the grate and which are dragged by the gas flow. It was developed a program in Fortran 90 where the numerical solution of the governing diffe- rential equations is done using a fourth order Runge-Kutta. The governing equations for the bio- mass consumption rates are determined by kinetics equations and convection mass transport. The devolatilization is modeled as a pyrolysis which reaction mechanism is modeled by a first order kinetic equation based on the Arrhenius parameters. The rate of coal consumption is determined by two first-order kinetics equations based on the Arrhenius parameters that represent the direct char oxidation and char gasification using as reagent carbon dioxide. The governing equations for the particle temperature are determined from the energy balance for each stage. Model validation is carried out by comparing the predictions with other models taken from the literature for particles smaller than 1 mm giving consistent results. The results are presented plotting the following variables as a function of time: particle mass, raio, composition and tempe- rature, oxygen concentration on the particle surface, consumption rate of biomass and flame front raio for both spherical and cylindrical particle. Also, graphics of the particle speed and trajectory are presented, varying particle¿s shape and size and gas flow velocity of gases inside the furnace / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Silvia Azucena Nebra de Perez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T05:59:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuarineloJunior_FlavioFernando_M.pdf: 13289619 bytes, checksum: 071272a1f97f1b5a7cc53461f4f94b0e (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho trata da aplicação de conceitos da termoeconomia à um estudo preliminar de um sistema de cogeração baseado em turbina a gás aeroderivativa e caldeira de recuperação, que visa suprir as demandas térmica e elétrica de um pólo industrial situado na cidade de Cabo -PE. É introduzida a análise energética, exergética e termoeconomica, para avaliar as eficiências segundo métodos e critérios específicos à sistemas de potência, para duas situações hipoteticamente admitidas quanto ao nível de geração de eletricidade - com e sem injeção de vapor na turbina a gás, que representam os perfis médios de demanda, segundo o fator de capacidade apresentado. Na análise termoeconôrnica são introduzidos alternativas de financiamento que possibilitam avaliar os reflexos dos custos de capital e combustível na composição dos custos da eletricidade e do vapor, segundo os métodos de alocação passíveis de serem aplicados a sistemas de cogeração. As alternativas de financiamento são ainda submetidas à técnicas conhecidas de análise de investimentos / Abstract: The main purpose of this work is to apply the Thermoeconomics concepts to a preliminary study of a cogeneration system, based on a gas turbine and HRSG, which objects to attend the thermal and electrical demand of an industrial complex, sited in Cabo-PE. The power plant is evaluated on the basis of the First and Second Law. Also the Thermoeconomic analysis, was applied for two hypothetical operation conditions, as regards the leveI of electric power generation - with and without steam injection in the gas turbine, which represents the middle demand outline, according to presented capacity factor. In the thermoeconomic analysis is introduced project finance options generally used in Brasil, what permits an evaluation of capital and fuel costs considering in the electricity and steam costs, according to allocation methods susceptible to be applied in cogeneration systems. The financirtg options, are subjected to known technics of investments analysis / Mestrado / Energia / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadora: Profa. Dra. Silvia Azucena Nebra de Pérez / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014. / Este trabalho apresenta a determinação de eficiência de caldeiras que utilizam o bagaço de cana como combustível, avaliada a partir da primeira e segunda lei da termodinâmica. No cálculo da eficiência de primeira lei utiliza-se o método das perdas, baseado no balanço de energia segundo o estabelecido nas normas mais recentes ASME PTC 4-2008 e EM 12952-15:2003. A análise da eficiência pela segunda lei da termodinâmica é feita levando em conta as informações obtidas a partir da análise da primeira lei. Dados experimentais foram obtidos e são apresentados, de várias caldeiras de fabricação brasileira, instaladas em plantas industriais no Estado de São Paulo. O cálculo das perdas térmicas pelas paredes da caldeira é apresentado em detalhe, e comparado ao cálculo recomendado numa norma anterior: ASME PTC 4.1-1975. É também apresentado o cálculo da incerteza da determinação realizada. Na base dos resultados obtidos são identificadas as principais causas das perdas térmicas e são apresentadas sugestões de melhoramento da eficiência. / This work shows the efficiency analysis of sugar cane bagasse boilers, analyzed through the first and second law of thermodynamics. The calculation methodology for the first law applies the losses method, based in the Efficiency Energy Balance Method established in the most recent standards ASME PTC 4-2008 and EN 12952-15:2003. The efficiency analysis through the second law is made taking into account the information obtained from the analysis of the first law. Experimental data are obtained and presented, of some Brazilian manufacturing boilers installed in industrial plants in the State of São Paulo. The heat losses calculation through the walls of the boiler is presented in detail and compared with a previous calculation method, recommended in the standard: ASME PTC 4.1-1975. Moreover, the calculation of the uncertainty of the efficiency determination made is presented and discussed. On the basis of the results obtained, the main causes of heat loss are identified, and suggestions are made to improve the efficiency.

Neste trabalho, o comportamento do escoamento de ar nos dutos de suprimento para os queimadores de uma caldeira multicombustível de alta potência (categoria A- NR-13) de queima frontal é investigado experimentalmente. Sondas de Pitot foram instaladas em diversas regiões ao longo do escoamento nos dutos de ar, para medição das pressões estática e de estagnação, de forma a caracterizar o campo de velocidade na caixa de ar. Medições do campo de pressão foram realizadas para várias condições operacionais e configuração de abertura das entradas de ar dos queimadores. Através da análise dos dados verificou-se que a velocidade do ar na alimentação dos queimadores é influenciada pela condição de queimador aceso ou apagado e também pelas configurações de combustíveis e pela vazão total, que é ditada pela carga da caldeira. Também foram feitas medidas das pressão estática nas câmaras de ar primário e secundário de cada queimador. Os resultados mostraram que estas pressões são menores nas linhas de queimadores inferiores aumentando na direção dos queimadores superiores. A comparação dos resultados experimentais obtidos com a caldeira apagada (sem geração de vapor) e com os dados dos experimentos realizados com caldeira acesa, não apresentaram discrepância qualitativa e nem quantitativa relevante, possibilitando estudar o comportamento do escoamento a frio. Os resultados experimentais também indicaram a existência de uma região em que o escoamento ascendente tem maior velocidade, pelo lado direito do plano médio vertical da caixa de ar. Como parte do objetivo desenvolve-se uma aplicação com as técnicas de planejamento fatorial 23 e análise da variança nas principais variáveis de controle do ar de alimentação para os queimadores da caldeira. Os resultados calculados através do modelo obtido pelo planejamento fatorial a partir dos testes com caldeira desligada apresentam boa concordância com os resultados experimentais tanto para operação com caldeira desligada quanto ligada quando todos os queimadores estão abertos. Os experimentos revelaram que os modelos obtidos a partir da análise fatorial podem ser utilizados para estimar o campo de velocidades na seção vertical da caixa de ar. / Combustion air flow in the windbox of an industrial multifuel front wall boiler was experimentally investigated. The velocity field was mapped by measuring the static and stagnation pressure fields along the flow by means of Pitot tubes. Experimental tests were conducted for a range of operating conditions and a set of configurations involving dumped and open burner passages. It was observed that combustion air flow is affected by the arrangement of open and closed burners, by the arrangement of fuel being burned in the burners array, and by the total air flow rate, which is dictated by the boiler. Measurements of the static pressure in the primary and secondary air chambers of each burner were also conducted. It was verified that pressure in these chambers increases as the air flow ascends towards the line of burners in the top of the vertical section of the windbox did not present relevant differences. Comparison of results obtained for the boiler operating with and without steam generation did not present significant qualitative nor quantitative discrepancies, allowing for the conclusion that measurements taken in “cold flow” operation mode are representative of the air flow in the windbox. The experimental results also indicated the occurrence of a preferencial ascending path, characterized by higher air flow velocity, inside the windbox. In order to identify the main control variables in the process, design of experiments techniques were additionally used to define experiments. Factorial 23 planning and variance analysis of the main control variables affecting the flow of combustion air to the burners yielded models to predict the pressure field in the vertical section of the windbox as function of the total air flow rate and the opening position of the primary and secondary air dampers at the burners inlet. Predicted results presented good agreement with experimental results for the boiler operating without steam production in operating conditions different of those for which the models were generated and for the boiler operating with steam generation and all burners operating with primary and secondary air dampers fully open.

Orientador: Prof° Dr. Marcelo Modesto da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2015. / A matriz elétrica brasileira mostra a geração elétrica movida a biomassa com representatividade de 7,6%, terceira maior, em 2014. Apesar dos números favoráveis para a geração térmica, a tecnologia possui um limite no que diz respeito ao uso do energético. O bagaço de cana-de-açúcar constitui a biomassa com maior potencial de geração elétrica no Brasil. Visto a grande versatilidade da cana-de-açúcar, como oferta de alimento e energia (açúcar, etanol e insumo para energia elétrica), é preciso dimensionar o ciclo térmico para atender as demandas de vapor para o processo, energia elétrica para suprimento da planta e maior quantidade de excedente para venda de energia elétrica. Desta maneira, o presente trabalho estuda os principais elementos com o objetivo de desenvolver um módulo computacional para a simulação de sistemas de cogeração baseados no comportamento termodinâmico de sistemas de potência à vapor (Rankine). Para modelagem dos módulos e do ciclo termodinâmico do sistema de cogeração, foram considerados os conceitos termodinâmicos de balanço de massa, energia e exergia, baseados na Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica, e conceitos de transferência de calor, baseados na diferença de temperatura média logarítmica. Os resultados obtidos mostraram que a metodologia disponível na literatura, para os volumes de controles da caldeira, está dentro dos limites de operação de uma planta real, com eficiências de primeira lei em torno de 84% e de segunda lei de 30%. A modelagem do condensador, turbina e bomba foram realizadas de acordo com os conceitos teóricos destes equipamentos. / Brazil¿s electricity matrix presents electricity generated from biomass with a 7,6% share, third major. Regardless of the thermal generation¿s favorable numbers, there is a limit to the technology when it comes to the use of the fuel. The sugarcane bagasse represents the biomass with the highest potential for electricity generation in Brazil. In view of the great versatility of sugarcane, as food supply and energy (ethanol and electricity), it is necessary to properly design the thermal cycle in order to meet the process steam demand, the plant energy requirements, and a higher amount of surplus energy to sell. The present work approaches the main elements of a cogeneration system in a sugarcane plant with the aim of developing a computational tool for the simulation of cogeneration systems based on the thermodynamic behaviour of steam power systems (Rankine). For the modelling of the modules and the thermodynamic cycle of the cogeneration system the thermodynamic concepts of mass, energy and exergy balances, according to the First and Second Laws of Thermodynamics, and the heat transfer concepts, based on the logarithmic mean temperature difference approach, were taken into account. The results demonstrate that the methodology available in the literature, concerning the control volume for the boiler, is within the operational limits of an actual boiler, with first law efficiency of about 84% and second law efficiency of 30%. The modelling of the condenser, turbine and pump were carried out according to the theoretical concepts of each equipment.

Orientador: Celso Eduardo Tuna / Coorientador: José Luz Silveira / Banca: Daniel tracieso Pedroso / Banca: Ederealdo Godoy Junior / Resumo: No atual contexto energético mundial, a busca pela mitigação e, sempre que possível, a substituição de combustíveis fósseis por fontes renováveis, são a pauta de diversas instituições e empresas, pois a disponibilidade de recursos não é proporcional ao crescimento do consumo. Este trabalho tem por objetivo a redução do uso de gás natural para geração de vapor nos processos de cocção de cozinha industrial. Foi realizado a caracterização do processo e dos equipamentos, identificando o fluxo de vapor ao longo de todo o processo. De modo comparativo, desenvolveu-se propostas utilizando energia renovável para redução do uso de combustível fóssil. Para suportar essa atividade foram realizadas modelagens termodinâmica do sistema atual comparando-a aos sistemas propostos, mostrando o comportamento e definindo qual proposta teria a maior colaboração na redução do consumo de combustível. Por fim, foi estudado a viabilidade financeira de cada proposta através do método do VPL e payback. O presente trabalho gerou oito propostas, entre energia solar, produção de biogás a partir de resíduos orgânicos e efluentes de estação de tratamento de esgoto, geração de energia elétrica por meio de microturbina a gás e motor de combustão interna. Conclui-se que das oito propostas, três apresentaram potencial energético capaz de substituir em 100 % a vazão mássica de gás natural demandada na cozinha industrial, além de obterem viabilidade financeira satisfatória para seguir em frente com implementação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the current global energy context of mitigation of non-renewable fuels and whenever it is possible, replacing fossil fuels by renewable sources are the agenda of the most of institutions and companies, because the availability of resources is not proportional to the growth of consumption. This work has as target to reduce the use of natural gas for steam generation in the cooking process of industrial kitchen. It was performed a process and equipment characterization, identifying the steam flow along the whole process. In a comparative way, it has developed proposals using renewable energy for reducing the use of fossil fuel. To support that, it was done a thermodynamic modeling of the current system compared with the proposed ones, showing the behavior and defining which proposal had the larger collaboration in terms of fuel consumption reduction. Finally, it was analyzed the financial feasibility of each alternatives by NPV and payback method. The present work has created eight proposals, such as solar energy, biogas production from organic waste and from wastewater of sewage treatment station, electric energy from gas micro turbine and internal combustion engine. Concludes that from eight proposals, three presented energetic potential able to replace in 100 % the natural gas mass flow demanded in the industrial kitchen, beyond to get satisfactory financial viability to move forwards with the project implementation. The replacement of natural gas by generated biogas from wastewater of sewage treatment station was the proposal that presented the best performance, this ones was able to replace 100 % of the natural gas mass flow used to generate steam to the pressure vessel of industrial kitchen, where 199.741 kWh of energetic potential and a NPV of R$ 2.473.966,15, with an investment return less than one year / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:52:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdilsonRS_DISSERT.pdf: 1084961 bytes, checksum: a36827966d945375759fc611528e7d2f (MD5) Previous issue date: 2008-12-11 / This Master s Thesis deals with an analysis of the Regulatory Standards NR-9 e NR-13 on the perspective of occupational health and safety management systems (OHSMS) such as ILO deployed ILO/OSH-2001. Since the revamped OHSAS 18001:2007 complies with the ILO/OSH-2001 model it is used as benchmark to compare against the NR-9 and NR-13. The analysis suggests that the NR-9 has some important features present on the OHSAS 18001:2007 but lacks important others. The NR-13 turns out to be far from a modern model of OHSMS such as OHSAS 18001:2007 and a deep reformulation should be done in order to achieve the Brazil commitment with ILO to adopt OHSMS. Also, a small survey with companies with ISO 9000 certificates suggests that a NR-13 revised toward OHSMS would be welcome, but also that some more advanced issues present in ILO/OSH-2001 should be imposed by law in order to be achieved / Esta tese realiza uma an?lise das Normas Regulamentadoras NR-9 e NR-13 na perspectiva de sistema de gest?o de seguran?a e sa?de ocupacional tal como definido pela OIT em seu modelo ILO/OSH-2001. Dado que a OHSAS 18001:2007 foi reformulada e atende ao modelo ILO/OSH-2001 e ? o modelo de gest?o difundido no mercado, a an?lise ? feita de modo comparativo a esse modelo. A an?lise mostra que a NR-9 possui elementos importantes presentes na OHSAS 18001:2007, mas faltam outros tamb?m muito importantes. Todavia, a NR-9 tem uma base para melhoria. A an?lise da NR-13 mostra que esta est? muito longe de um modelo moderno de SGSSO ou para ajustar-se a ele. Por fim, uma pesquisa com empresas que tem ISO 9000 sugere que uma reformula??o da NR-13 na dire??o da OHSAS 18001 seria bem vinda, mas que alguns elementos novos de maior exig?ncia n?o seriam rapidamente adotados sem imposi??o legal

Neste trabalho, o comportamento do escoamento de ar nos dutos de suprimento para os queimadores de uma caldeira multicombustível de alta potência (categoria A- NR-13) de queima frontal é investigado experimentalmente. Sondas de Pitot foram instaladas em diversas regiões ao longo do escoamento nos dutos de ar, para medição das pressões estática e de estagnação, de forma a caracterizar o campo de velocidade na caixa de ar. Medições do campo de pressão foram realizadas para várias condições operacionais e configuração de abertura das entradas de ar dos queimadores. Através da análise dos dados verificou-se que a velocidade do ar na alimentação dos queimadores é influenciada pela condição de queimador aceso ou apagado e também pelas configurações de combustíveis e pela vazão total, que é ditada pela carga da caldeira. Também foram feitas medidas das pressão estática nas câmaras de ar primário e secundário de cada queimador. Os resultados mostraram que estas pressões são menores nas linhas de queimadores inferiores aumentando na direção dos queimadores superiores. A comparação dos resultados experimentais obtidos com a caldeira apagada (sem geração de vapor) e com os dados dos experimentos realizados com caldeira acesa, não apresentaram discrepância qualitativa e nem quantitativa relevante, possibilitando estudar o comportamento do escoamento a frio. Os resultados experimentais também indicaram a existência de uma região em que o escoamento ascendente tem maior velocidade, pelo lado direito do plano médio vertical da caixa de ar. Como parte do objetivo desenvolve-se uma aplicação com as técnicas de planejamento fatorial 23 e análise da variança nas principais variáveis de controle do ar de alimentação para os queimadores da caldeira. Os resultados calculados através do modelo obtido pelo planejamento fatorial a partir dos testes com caldeira desligada apresentam boa concordância com os resultados experimentais tanto para operação com caldeira desligada quanto ligada quando todos os queimadores estão abertos. Os experimentos revelaram que os modelos obtidos a partir da análise fatorial podem ser utilizados para estimar o campo de velocidades na seção vertical da caixa de ar. / Combustion air flow in the windbox of an industrial multifuel front wall boiler was experimentally investigated. The velocity field was mapped by measuring the static and stagnation pressure fields along the flow by means of Pitot tubes. Experimental tests were conducted for a range of operating conditions and a set of configurations involving dumped and open burner passages. It was observed that combustion air flow is affected by the arrangement of open and closed burners, by the arrangement of fuel being burned in the burners array, and by the total air flow rate, which is dictated by the boiler. Measurements of the static pressure in the primary and secondary air chambers of each burner were also conducted. It was verified that pressure in these chambers increases as the air flow ascends towards the line of burners in the top of the vertical section of the windbox did not present relevant differences. Comparison of results obtained for the boiler operating with and without steam generation did not present significant qualitative nor quantitative discrepancies, allowing for the conclusion that measurements taken in “cold flow” operation mode are representative of the air flow in the windbox. The experimental results also indicated the occurrence of a preferencial ascending path, characterized by higher air flow velocity, inside the windbox. In order to identify the main control variables in the process, design of experiments techniques were additionally used to define experiments. Factorial 23 planning and variance analysis of the main control variables affecting the flow of combustion air to the burners yielded models to predict the pressure field in the vertical section of the windbox as function of the total air flow rate and the opening position of the primary and secondary air dampers at the burners inlet. Predicted results presented good agreement with experimental results for the boiler operating without steam production in operating conditions different of those for which the models were generated and for the boiler operating with steam generation and all burners operating with primary and secondary air dampers fully open.

Neste trabalho, o comportamento do escoamento de ar nos dutos de suprimento para os queimadores de uma caldeira multicombustível de alta potência (categoria A- NR-13) de queima frontal é investigado experimentalmente. Sondas de Pitot foram instaladas em diversas regiões ao longo do escoamento nos dutos de ar, para medição das pressões estática e de estagnação, de forma a caracterizar o campo de velocidade na caixa de ar. Medições do campo de pressão foram realizadas para várias condições operacionais e configuração de abertura das entradas de ar dos queimadores. Através da análise dos dados verificou-se que a velocidade do ar na alimentação dos queimadores é influenciada pela condição de queimador aceso ou apagado e também pelas configurações de combustíveis e pela vazão total, que é ditada pela carga da caldeira. Também foram feitas medidas das pressão estática nas câmaras de ar primário e secundário de cada queimador. Os resultados mostraram que estas pressões são menores nas linhas de queimadores inferiores aumentando na direção dos queimadores superiores. A comparação dos resultados experimentais obtidos com a caldeira apagada (sem geração de vapor) e com os dados dos experimentos realizados com caldeira acesa, não apresentaram discrepância qualitativa e nem quantitativa relevante, possibilitando estudar o comportamento do escoamento a frio. Os resultados experimentais também indicaram a existência de uma região em que o escoamento ascendente tem maior velocidade, pelo lado direito do plano médio vertical da caixa de ar. Como parte do objetivo desenvolve-se uma aplicação com as técnicas de planejamento fatorial 23 e análise da variança nas principais variáveis de controle do ar de alimentação para os queimadores da caldeira. Os resultados calculados através do modelo obtido pelo planejamento fatorial a partir dos testes com caldeira desligada apresentam boa concordância com os resultados experimentais tanto para operação com caldeira desligada quanto ligada quando todos os queimadores estão abertos. Os experimentos revelaram que os modelos obtidos a partir da análise fatorial podem ser utilizados para estimar o campo de velocidades na seção vertical da caixa de ar. / Combustion air flow in the windbox of an industrial multifuel front wall boiler was experimentally investigated. The velocity field was mapped by measuring the static and stagnation pressure fields along the flow by means of Pitot tubes. Experimental tests were conducted for a range of operating conditions and a set of configurations involving dumped and open burner passages. It was observed that combustion air flow is affected by the arrangement of open and closed burners, by the arrangement of fuel being burned in the burners array, and by the total air flow rate, which is dictated by the boiler. Measurements of the static pressure in the primary and secondary air chambers of each burner were also conducted. It was verified that pressure in these chambers increases as the air flow ascends towards the line of burners in the top of the vertical section of the windbox did not present relevant differences. Comparison of results obtained for the boiler operating with and without steam generation did not present significant qualitative nor quantitative discrepancies, allowing for the conclusion that measurements taken in “cold flow” operation mode are representative of the air flow in the windbox. The experimental results also indicated the occurrence of a preferencial ascending path, characterized by higher air flow velocity, inside the windbox. In order to identify the main control variables in the process, design of experiments techniques were additionally used to define experiments. Factorial 23 planning and variance analysis of the main control variables affecting the flow of combustion air to the burners yielded models to predict the pressure field in the vertical section of the windbox as function of the total air flow rate and the opening position of the primary and secondary air dampers at the burners inlet. Predicted results presented good agreement with experimental results for the boiler operating without steam production in operating conditions different of those for which the models were generated and for the boiler operating with steam generation and all burners operating with primary and secondary air dampers fully open.

Orientador: Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_RicardoAntoniodoEspiritoSanto_M.pdf: 2280030 bytes, checksum: 73620817c817b18437fa8219d3244138 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho faz a análise de caldeiras de recuperação térmica aquotubular no ponto de projeto e fora de projeto, seja ela parte integrante de uma central termoeléctrica de ciclo combinado ou de plantas de cogeração. Os mecanismos de troca de calor, que conduzem à produção de vapor na caldeira, encontram-se parametrizados num sistema matemático baseado nas leis fundamentais da termodinâmica e da transferência de calor, aplicado a um programa computacional. O programa foi desenvolvido no ambiente do software Engineering Equation Solver -EES. Quatro configurações básicas foram estudadas, considerando caldeiras com um e dois níveis de pressão e a variação de parâmetros relevantes. O modelo computacional desenvolvido, caracteriza-se pela sua flexibilidade já que os fatores geométricos da caldeira não precisão ser avaliados. Eventos operacionais como a queima auxiliar e o controle da temperatura do vapor, também podem ser avaliados, para todas as configurações disponíveis. Através das estruturas com dois níveis de pressão é possível evidenciar como a energia recuperada pode ser maximizada redistribuindo as superfícies de aquecimento. Esta analise é realiza para diversos casos, simulada com dados publicados, para sistemas reais e sistemas em estudo, contemplando desta forma cenários operacionais, que poderão esta de acordo com a realidade de qualquer unidade industrial / Abstract: The objective of this work was to model thermal recovery water tube boilers in the design and off-design point, either it has left integrant of a thermoelectric central office of agreed cycle or cogeneration plants. The heat exchange mechanisms, that lead to the steam production in the boiler, meet parameterizations in a based mathematical system in the thermodynamics and the heat transference basic laws, applied to a computational program. The program was developed in the environment of software Engineering Equation Solver - EES. Four basic configurations had been studied, considering boilers with one and two pressure levels and the excellent parameter variation. The developed computational model is characterized for its flexibility, since the steam generators geometric factors no is evaluated. Operational events as the burning auxiliary and the control of the temperature of the steam also can be evaluated for all the available configurations. Through the structures with two levels of pressure it is possible evidences as the recouped energy can be maximized reconfiguring the heating surfaces. This analyzes is carries through for diverse cases, simulated with data published, for real systems and systems in study, contemplating of this form operational scenes, that will be able this in accordance with the reality of any industrial unit / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica