[pt] Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo termodinâmico para uma
caldeira flamotubular, de três passes, operando em regime permanente com gás
natural boliviano. Foi testado o impacto no cálculo da temperatura no final de cada
passe de várias correlações de troca de calor encontradas na literatura. Um
planejamento composto central permitiu avaliar simultaneamente o impacto da
variação de seis parâmetros (diâmetro dos tubos no primeiro passe e nos dois passes
seguintes, comprimento da caldeira, número de tubos no segundo e terceiro passe e
porcentagem de excesso de ar na combustão) e obter um modelo polinomial
empírico a fim de otimizar as eficiências energética e exergética de caldeira. Um
teste de malha foi realizado com temperaturas no final da chama, câmara de
combustão, segundo e terceiro passes e apontou que, a partir de 200 divisões em
cada passe o impacto do volume não é mais significativo na temperatura. O modelo
foi validado com dados experimentais, observando-se que a diferença entre os
valores experimentais e teóricos das temperaturas do primeiro e segundo passes é
inferior a 22,9 graus C e menor que 43,9 graus C no terceiro passe. Com os modelos
polinomiais robustos obtidos com o planejamento de experimentos, foi possível
observar os parâmetros mais significativos, tanto para as eficiências energética e
exergética, assim como para a destruição de exergia. São por ordem decrescente de
importância: o excesso de ar; as duas contribuições associadas ao comprimento da
caldeira; o número de tubos nos segundo e terceiro passes e; o diâmetro dos tubos
no segundo e terceiro passe e o diâmetro do tubo no primeiro passe. Além disso, foi
possível quantificar o trade-off entre o aumento da superfície de troca de calor e a
manutenção do nível de turbulência do escoamento. / [en] In this work, a thermodynamic model was developed for a three-pass
firetube boiler operating in a steady state with Bolivian natural gas. The sensitivity
in the temperature profile of various heat exchange correlations found in the
literature was tested. A central composite design made it possible to simultaneously
evaluate the impact of the variation of six parameters (diameter of tubes in the first
and two subsequent passes, boiler length, number of tubes in the second and third
passes and percentage of excess air in combustion) and obtain an empirical
polynomial model to optimize boiler energy and exergetic efficiencies. A mesh test
was performed with temperatures at the end of the flame, combustion chamber,
second and third passes and pointed to from 200 divisions in each pass the impact
of volume is no longer significant on temperature. The model was validated with
data obtained experimentally, observing that the difference between the
experimental and theoretical values of the temperatures of the first and second
passes is less than 22.9 degrees C and less than 43.9 degrees C in the third pass. With the robust
polynomial models obtained with the design of experiments, it was possible to
observe the most significant parameters, both for energy and exergetic efficiencies,
as well as for exergy destruction. They are, in decreasing order of importance:
excess air; the two contributions associated with the length of the caldera; the
number of tubes in the second and third passes and the diameter of the tubes in the
second and third pass and the diameter of the tube in the first pass. In addition, it
was possible to quantify the trade-off between increasing the heat exchange surface
and maintaining the flow turbulence level.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:60664 |
| Date | 27 September 2022 |
| Creators | VANESSA BAUTISTA PAGANELLI |
| Contributors | JOSE ALBERTO DOS REIS PARISE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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