Title

MODELO MATEMÁTICO DO ESCOAMENTO GASOSO E TROCAS TÉRMICAS NO PROCESSO DE CARVOEJAMENTO EM FORNO RETANGULAR

MATHEMATICAL MODELING OF GAS FLOW AND HEAT TRANSFER IN THE RETANGULAR FURNACE FOR CHARCOAL PRODUCTION

Authorship

Jayme Alex Marques da Silva; Jose Adilson de Castro

Jayme Alex Marques da Silva

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Jose Adilson de Castro

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DOI

10.5151/2594-357X-25566

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Abstract

A utilização de carvão vegetal na fabricação do ferro-gusa tem ganhado destaque devido a suas vantagens ambientais em comparação ao coque. A necessidade de suprir a demanda de consumo de carvão vegetal pelas siderurgias faz com que os produtores busquem maior produtividade e qualidade através da busca constante na redução do tempo de produção do carvão. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo matemático tri-dimensional transiente, para simulação da secagem, carbonização e resfriamento no interior de um forno retangular de alvenaria. Foi desenvolvido um modelo acoplado baseado na solução das equações de conservação da quantidade de movimento, energia e espécies químicas. As soluções das equações diferenciais que representam os fenômenos são obtidas através da técnica de volumes finitos. Ao longo do processo de carvoejamento, o modelo considera a transferência de massa e calor associada à cinética de reação de cada componente. O modelo é tridimensional e transiente, sendo capaz de prever detalhes dos fenômenos no interior do forno e sua evolução temporal o que possibilita o controle das fases de fabricação do carvão vegetal.

The utilization of charcoal in the production of hot metal has environmental advantages when in comparison with coke. The need of supplying the demand of charcoal from the steelworks implies that the producers seek productivity increasing through the minimization of the charcoal production time and keeping the same quality. The present work presents a transient and three dimensional numerical modeling to simulate the drying process, carbonization and cooling inside a rectangular brickwork furnace of charcoal production. A mathematical model utilizing the conservation equations of momentum, energy and chemical species was made and the solution of the corresponding differential equations were discretized by the finite volume method. The modeling has considered mass and heat transfer coupled with kinetic reaction of each component, being capable to simulate details of the physical phenomena inside the furnace and calculate the main properties over time processing, allowing the understanding of how to control the charcoal production during the manufacturing stages.

Keywords

Modelo matemático; Carbonização; Secagem; Carvão vegetal

Mathematical model; Carbonization; Drying; Charcoal