Título

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO COMPORTAMENTO DE VAZÃO EM VÁLVULAS CÔNICAS DE UMA COQUERIA HEAT-RECOVERY

COMPUTATIONAL SIMULATION OF FLOW BEHAVIOR IN CONICAL VALVES OF HEAT-RECOVERY COKE PLANT

Autoria

OLIVEIRA, DIESTEFANO SOUZA; FORNASARI, LORENZO ENGEL; SILVA, BRUNO PINHEIRO DA

OLIVEIRA, DIESTEFANO SOUZA

Eu sou esse autor

FORNASARI, LORENZO ENGEL

Eu sou esse autor

SILVA, BRUNO PINHEIRO DA

Eu sou esse autor

DOI

10.5151/2594-357X-42962

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Resumo

Este trabalho apresenta um estudo numérico do comportamento do escoamento de ar primário em válvulas cônicas instaladas em coquerias do tipo heat-recovery, com foco no controle da queima do material volátil durante a operação. As simulações computacionais foram conduzidas no software OpenFOAM, abrangendo uma matriz de cenários com diferentes aberturas de válvula e diferenças de pressão relativa. Não foram consideradas reações de combustão. Foi observada uma relação não linear entre a altura de abertura e a vazão mássica de ar admitido, caracterizada por um perfil parabólico nas curvas resultantes. Com base nos dados simulados, foi possível correlacionar diretamente o diferencial de pressão e a altura de elevação da válvula com o percentual de entrada de ar desejado pela operação. Adicionalmente, o trabalho contemplou a definição objetiva da chamada abertura completa, estabelecida em 60 mm, considerando que acima desse valor a vazão se aproxima assintoticamente de um patamar máximo. Os resultados obtidos fornecem subsídios para o dimensionamento e automação do controle de abertura das válvulas, contribuindo para maior eficiência térmica e estabilidade do processo de combustão nos fornos da coqueria.

THIS WORK PRESENTS A NUMERICAL STUDY OF THE PRIMARY AIR FLOW BEHAVIOR THROUGH CONICAL VALVES INSTALLED IN HEAT-RECOVERY TYPE COKE PLANTS, FOCUSING ON THE CONTROL OF VOLATILE MATTER COMBUSTION DURING OPERATION. COMPUTATIONAL SIMULATIONS WERE CONDUCTED USING THE OPENFOAM SOFTWARE, COVERING A MATRIX OF SCENARIOS WITH DIFFERENT VALVE OPENINGS AND RELATIVE PRESSURE DIFFERENCES. COMBUSTION REACTIONS WERE NOT CONSIDERED. A NONLINEAR RELATIONSHIP WAS OBSERVED BETWEEN THE VALVE OPENING HEIGHT AND THE MASS FLOW RATE OF INCOMING AIR, CHARACTERIZED BY A PARABOLIC PROFILE IN THE RESULTING CURVES. BASED ON THE SIMULATED DATA, IT WAS POSSIBLE TO DIRECTLY CORRELATE THE PRESSURE DIFFERENTIAL AND THE ELEVATION HEIGHT OF THE VALVE WITH THE TARGET AIR INTAKE PERCENTAGE DEFINED BY OPERATIONS. ADDITIONALLY, THE STUDY INCLUDED AN OBJECTIVE DEFINITION OF THE SO-CALLED FULL OPENING, ESTABLISHED AT 60 MM, CONSIDERING THAT BEYOND THIS VALUE THE FLOW RATE ASYMPTOTICALLY APPROACHES A MAXIMUM THRESHOLD. THE RESULTS OBTAINED PROVIDE SUPPORT FOR THE SIZING AND AUTOMATION OF VALVE OPENING CONTROL, CONTRIBUTING TO GREATER THERMAL EFFICIENCY AND STABILITY OF THE COMBUSTION PROCESS IN COKE PLANT FURNACE.

Palavras-chave

CFD, Coqueria, Otimização, Simulação

CFD, Coke-plant, Optimization, Simulation