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Type: Dissertação
Title: Modelagem numérica do perfil térmico na parede de um forno de cimento na operação normal e no processo de resfriamento
Authors: Pedro Henrique Guimarães da Silva
First Advisor: Esly Ferreira da Costa Júnior
First Referee: Viviane Santos Birchal
Second Referee: Andréa de Oliveira Souza da Costa
Abstract: Com a produção de cimento em crescimento, desafios como o alto consumo energético e os impactos ambientais do processo produtivo mostram a necessidade de controlar, otimizar e conhecer melhor as etapas de produção. No processo de fabricação do cimento, uma das etapas mais importantes é a clinquerização, realizada em um equipamento denominado forno de cimento ou forno de clínquer. O presente trabalho buscou modelar o perfil de temperatura ao longo da parede de um forno de clínquer de uma indústria cimenteira no Brasil, considerando tanto a condição de operação normal (regime permanente) quanto a condição de resfriamento do forno durante o shutdown (regime transiente). Para tanto, foi implementado um algoritmo em linguagem MATLAB para resolução numérica da equação do calor em regime transiente e coordenadas cilíndricas utilizando o Método das Linhas. A parede do equipamento foi discretizada no espaço pelo Método das Diferenças Finitas e as condições de contorno foram determinadas pelo balanço de energia dos pontos discretizados da malha. O campo de temperaturas em regime transiente foi integrado no tempo pelo Método Preditor-Corretor, partindo de um estado inicial fictício até atingir o regime permanente correspondente à situação de operação normal do forno. Em seguida, as condições de contorno foram alteradas para corresponder ao processo de resfriamento e o campo de temperaturas foi novamente integrado no tempo, empregando-se a condição de regime permanente como condição inicial. O perfil de temperatura obtido para a condição de operação normal (regime permanente) é compatível com fundamentos de transferência de calor e apresentou um ajuste a dados industriais de temperatura do casco do forno com qualidade similar à de trabalhos semelhantes na literatura. As curvas obtidas para o processo de resfriamento mostraram-se compatíveis com outros estudos publicados. Encontrou-se que, nas condições estudadas, são necessários cerca de três dias para que o forno atinja uma temperatura interna compatível com a entrada do técnico de manutenção.
Abstract: With cement production on the rise, challenges such as high energy consumption and environmental impacts of the cement production process show the need to control, optimize and better know the production stages. In the cement manufacturing process, one of the most important steps is clinkerization, performed in a device called cement kiln or clinker kiln. The present work aimed to model the temperature profile along the wall of a clinker kiln of a cement industry in Brazil, considering both the normal operating condition (steady state) and the kiln cooling condition during shutdown (transient state). To this end, a MATLAB language algorithm was implemented for numerical resolution of the transient state heat equation in cylindrical coordinates using the Method of Lines. The equipment wall was discretized in space by the Finite Difference Method and the boundary conditions were determined by energy balance of the mesh nodes. The transient temperature field was integrated in time by the Predictor-Corrector Method, starting from a fictitious initial state until reaching the steady state corresponding to the kiln normal operating situation. Then, the boundary conditions were changed to simulate the cooling process and the temperature field was again integrated in time, using the steady state condition as the initial condition. The temperature profile obtained for the normal operating condition (steady state) is compatible with heat transfer fundamentals and presented a fit to industrial temperature data of the kiln shell with quality similar to that of other works in scientific literature. The curves obtained for the cooling process were compatible with other published studies. It was found that, under the conditions studied, it takes about three days for the kiln to reach an internal temperature compatible with the entry of the maintenance technician.
Subject: Engenharia química
Modelagem de dados
Calor - Transmissão
Cimento - Indústria - Brasil
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/34382
Issue Date: 7-Feb-2020
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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