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http://hdl.handle.net/1843/42176| Type: | Tese |
| Title: | Análise de exergia química e física de um forno rotativo de produção de cimento com composição mássica pela minimização da energia de Gibbs |
| Other Titles: | Chemical and physical exergy analysis of a cement production rotary kill with predicted mass composition by minimizing Gibbs energy |
| Authors: | Leticia Fabri Turetta |
| First Advisor: | Andréa Oliveira Souza da Costa |
| First Co-advisor: | Esly Ferreira da Costa Junior |
| First Referee: | Vanessa de Freitas Cunha Lins |
| Second Referee: | Ricardo Franca Furtado da Costa |
| Third Referee: | Alexandre dos Santos Anastacio |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Gustavo Matheus de Almeida |
| Abstract: | O desenvolvimento da indústria cimenteira fez aumentar a demanda de energia, exercendo forte influência sobre a utilização dos recursos energéticos. O aproveitamento energético é de extrema importância, pois possibilita ao setor reduzir consideravelmente os seus custos. Neste trabalho é proposta uma modelagem de análise exergética e energética de um forno rotativo de produção de cimento. O modelo proposto de análise exergética contempla os efeitos da exergia química e física do sistema. Na literatura, a composição do sistema utilizada na análise exergética é um dado de entrada, previamente fornecido para o modelo. Neste estudo, o modelo possibilita a predição da concentração de equilíbrio das espécies químicas presentes no forno rotativo. A técnica empregada na obtenção destas concentrações, consiste na minimização da energia de Gibbs do meio reacional presente no forno rotativo. O problema de otimização foi proposto definindo assim a função objetivo e as restrições a serem resolvidas empregando-se o programa comercial Matlab®. Para avaliar o desempenho dos dados termodinâmicos foi realizado uma validação com dados da literatura, pois o balanço energético e exergético depende diretamente desse conjunto de dados. Com base nos resultados obtidos o banco de dados termodinâmico foi validado. A solução do problema de otimização resultante possibilita a descrição da composição de saída do clínquer. A metodologia aplicada deverá ser capaz de reproduzir satisfatoriamente as informações fornecidas pela indústria e obtidas na literatura, que descrevem a produção do clínquer. O modelo proposto foi validado com dados industriais reais. Os dados industriais foram cedidos por duas indústrias de cimento (indústria B e C) em funcionamento no estado de Minas Gerais, Brasil. Os resultados obtidos indicaram uma eficiência exergética de 62,56% para a Industria B e 86,08% para a indústria C, considerando a influência da exergia química e física. Porém, considerando apenas os efeitos da exergia física no fluxo de entrada obteve-se eficiência exergética de 55,21% para a Industria B e 47,82% para a indústria C. Os resultados obtidos indicaram que a metodologia mais adequada para análise exergética consiste em considerar a contribuição completa da exergia química. |
| Abstract: | The development of the cement industry has increased energy demand, exerting strong influence on the use of energy resources. The utilization energetic is extremely important because it enables the cement industry greatly reduce their costs. In this work, an exergetic and energetic analysis model of a rotary kiln of cement production is proposed. The proposed model of exergetic analysis contemplates the effects of the chemical and physical exergy of the system. In the literature, the composition of the system used in the exergetic analysis is an input data, previously provided for the model. In this study, the model will also predict the equilibrium concentration of the chemical species present in the rotary kiln. The technique employed is to minimize the Gibbs energy of the reaction medium present in the rotary kiln. The optimization problem was proposed, by defining thus the objective function and restrictions to be resolved employing the commercial software Matlab®. To assess the performance of thermodynamic data, a validation was performed with data from the literature, as the energy and exergy balance directly depends on this data set. Based on the results obtained, the thermodynamic database was validated. The solution of the optimization problem resultant provides the description of composition output of the clinker. The applied methodology is able to reproduce satisfactorily the information provided by industry and obtained in the literature that describe the combustion of the clinker. Industrial data were provided by two cement industries (industry B and C) operating in the state of Minas Gerais, Brazil. The results obtained indicated an exergetic efficiency of 62.56% for Industry B and 86.08% for Industry C, considering the influence of chemical and physical exergy. However, considering only the effects of physical exergy in the input flow, exergetic efficiency of 55.21% was obtained for Industry B and 47.82% for Industry C. The results obtained indicated that the most suitable methodology for exergy analysis consists of in considering the full contribution of chemical exergy. |
| Subject: | Engenharia química Cimento Exergia Gibbs, Energia livre de |
| 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 Restrito |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/42176 |
| Issue Date: | 26-Nov-2021 |
| metadata.dc.description.embargo: | 26-Nov-2023 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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