Title

AVALIAÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL SIMPLIFICADO PARA O RESFRIAMENTO NATURAL DE FORNOS CIRCULARES DE CARVÃO VEGETAL

EVALUATION OF A SIMPLIFIED COMPUTATIONAL MODEL FOR NATURAL COOLING OF CHARCOAL CIRCULAR KILN

Authorship

LIMA, SHEILLA CAROLINE DE; SANTOS, ALEXANDRE SOARES DOS; LIMA, THIAGO PARENTE

LIMA, SHEILLA CAROLINE DE

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SANTOS, ALEXANDRE SOARES DOS

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LIMA, THIAGO PARENTE

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DOI

10.5151/2594-4711-41436

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Abstract

O BRASIL é O MAIOR PRODUTOR DE CARVãO VEGETAL DO MUNDO E 86,08 % DE SUA PRODUçãO é APLICADA NA INDúSTRIA METALúRGICA. A CADEIA DE PRODUçãO DO INSUMO CONTéM A ETAPA DE RESFRIAMENTO DO FORNO, CARACTERIZADA POR EXIBIR UM GASTO EXCESSIVO DE TEMPO. EM FORNOS DE PEQUENA CAPACIDADE, ESSA ETAPA é REALIZADA PELO RESFRIAMENTO NATURAL DO FORNO, COM DURAçãO DE 3 A 4 DIAS. ENTRETANTO, REDUZIR O TEMPO DA ETAPA DE RESFRIAMENTO REQUER A COMPREENSãO DO PROCESSO DE PERDA DE CALOR DO FORNO. O OBJETIVO DESTE TRABALHO FOI AVALIAR UM MODELO COMPUTACIONAL SIMPLIFICADO DO RESFRIAMENTO NATURAL DE UM FORNO CIRCULAR DO SISTEMA FORNOS-FORNALHA. A TRANSFERêNCIA DE CALOR POR CONDUçãO FOI CONSIDERADA NAS PAREDES DO FORNO, NA MASSA DE CARVãO E NA REGIãO DO SOLO. A PERDA DE CALOR DO FORNO PARA O AMBIENTE FOI REPRESENTADA PELA TROCA DE CALOR POR RADIAçãO E CONVECçãO. NO INTERIOR DO FORNO FORAM CONSIDERADAS AS TROCAS RADIATIVAS ENTRE AS PAREDES E O LEITO DE CARVãO. NESSE MODELO, A TRANSFERêNCIA DE CALOR POR CONVECçãO NO INTERIOR DO FORNO FOI DESPREZADA PARA REDUZIR RECURSOS COMPUTACIONAIS. COMO RESULTADO, O TEMPO FINAL DA ETAPA DE RESFRIAMENTO EXIBIU UM DESVIO DE 2,86 °C E 16,251 °C A, RESPECTIVAMENTE, 0,6 M E 1,7 M DO PISO. LOGO, O MODELO PODE SER UTILIZADO PARA PREVER O MOMENTO DE ABERTURA DO FORNO. O MODELO TAMBéM APRESENTOU UM BAIXO CUSTO COMPUTACIONAL QUANDO COMPARADO AOS MODELOS DE CONVECçãO NATURAL E CONSEGUIU PREVER DE FORMA SATISFATóRIA A TEMPERATURA AO LONGO DO TEMPO NA REGIãO INFERIOR DO FORNO.

BRAZIL IS THE LARGEST PRODUCER OF CHARCOAL IN THE WORLD AND 86.08% OF ITS PRODUCTION IS USED IN THE METALLURGICAL INDUSTRY. THE INPUT PRODUCTION PROCESS CONTAINS THE KILN COOLING STAGE, WHICH IS CHARACTERIZED BY EXCESSIVE TIME EXPENDITURE. IN SMALL CAPACITY KILNS, THIS STEP IS CARRIED OUT BY NATURAL COOLING OF THE KILN, LASTING 3 TO 4 DAYS. HOWEVER, REDUCING THE TIME OF THE COOLING STEP REQUIRES UNDERSTANDING THE HEAT LOSS PROCESS OF THE KILN. THE OBJECTIVE OF THIS WORK WAS TO EVALUATE A SIMPLIFIED COMPUTATIONAL MODEL OF THE NATURAL COOLING OF A CIRCULAR KILN. HEAT TRANSFER BY CONDUCTION WAS CONSIDERED IN THE KILN WALLS, IN THE CHARCOAL MASS AND IN THE SOIL REGION. HEAT LOSS FROM THE KILN TO THE ENVIRONMENT WAS REPRESENTED BY HEAT EXCHANGE BY RADIATION AND CONVECTION. INSIDE THE KILN, RADIATIVE EXCHANGES BETWEEN THE WALLS AND THE CHARCOAL BED WERE CONSIDERED. IN THIS MODEL, CONVECTIVE HEAT TRANSFER INSIDE THE KILN WAS NEGLECTED TO REDUCE COMPUTATIONAL RESOURCES. AS A RESULT, THE FINAL TIME OF THE COOLING STAGE EXHIBITED A DEVIATION OF 2.86 °C AND 16.251 °C AT, RESPECTIVELY, 0.6 M AND 1.7 M ABOVE THE FLOOR. THEREFORE, THE MODEL CAN BE USED TO PREDICT THE OPENING MOMENT OF THE KILN. THE MODEL ALSO PRESENTED A LOW COMPUTATIONAL COST WHEN COMPARED TO NATURAL CONVECTION MODELS AND WAS ABLE TO SATISFACTORILY PREDICT THE TEMPERATURE OVER TIME IN THE LOWER REGION OF THE KILN.

Keywords

Biocombustível; Biomassa; Carvão vegetal; Fornos-fornalha.

biofuel; biomass; charcoal; kiln.