Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:39:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta um método para a análise térmica de um forno a gás natural, do tipo cadinho, usado na produção artesanal de vidro cristal. Fazendo parte do setor vidreiro, a confecção de artefatos de vidro cristal para decoração possui características particulares, sendo normalmente tratada de forma isolada do restante do segmento. Poucos trabalhos acadêmicos são encontrados sobre o assunto. O vidro cristal possui alto teor de chumbo, atribuindo-lhe propriedades singulares como elevada densidade e índice de refração, baixo ponto de fusão, e facilidade no tratamento mecânico (corte, e polimento). Envolvendo diretamente fenômenos de combustão e de transferência de calor, o problema é simulado a partir dos softwares comerciais EES, e Ansys CFX 14.0. O último usa o método dos volumes finitos, simulando os domínios dos gases resultantes da combustão, da massa de vidro cristal, do cadinho, e paredes do forno. Foram realizadas medições em um forno em operação, com os valores medidos comparados aos resultados da simulação. Na análise experimental se detectou o equipamento trabalhando com elevado excesso de ar - 98% - e perdas significativas de energia por suas superfícies, através da janela de extração, e com a retirada do produto. No que diz respeito à análise em CFD, os campos de temperatura, velocidade e pressão dos gases, trocas radiativas e convectivas no interior do equipamento são apresentados e discutidos, bem como as perdas para o exterior são analisadas. Por impossibilidades de medição, três casos diferentes foram simulados, estudando o comportamento do escoamento sob variadas sucções. Os resultados obtidos foram condizentes com as medições, comprovando a importância do controle deste parâmetro no desempenho do forno. Descrevendo o funcionamento de um forno para produção artesanal de vidro cristal, o método aplicado neste trabalho pode ser empregado na simulação de fornos de alta temperatura com características semelhantes, permitindo a realização de análises variadas com o objetivo de aprimorar o desempenho térmico do processo.<br> / Abstract : This work presents a thermal analyses methodology for a ladle furnace heated by natural gas, used in the handmade production of lead crystal. Lead crystal decoration pieces have unique characteristics, being part of the glass industry, normally treated apart from the rest of the sector. Few academic works are found. With a high contend of lead oxide, lead crystal has particular properties such as high density, refractive index, low melting point, as well as easy mechanical treatment (cutting and polishment). The commercial softwares EES and Ansys CFX 14.0 were employed. The latter simulates combustion and heat transfer phenomena, using the finite volume method, simulating the gaseous domain, the crystal load, the ladle, and the furnace´s walls. Experimental measurements were taken in an operating furnace, comparing the values with the simulation results. For the experimental analyses a high contend of excess air was found - 98%. Significant amount of energy left the furnace by its surfaces, by the extracting window, and with the load. For the CFD results the temperature field, the gases´ velocity and pressure, radiative and convective heat exchange are presented and discussed, the heat loss are also analyzed. Because of lack of data, three different cases were simulated, analyzing the suction influence on the flow behavior. The results were in accordance with the measurements, affirming the necessity of controlling this parameter for the furnace's performance. Although this work describes the operation of a handmade lead crystal furnace, the methodology applied in it can be used for simulating high temperature furnaces with similar characteristics, allowing different analyses, aiming to improve thermal efficiency of the process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/122997 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Nunes, Andréa Trombini |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Nicolau, Vicente de Paulo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | xxvii, 106 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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