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Tipo: Tese de Doutorado
Título: Modelagem e análise de transferência de calor de um resfriador de clínquer tipo satélite para forno de cimento
Autor(es): Lucio Barreto Pereira
Primeiro Orientador: Rudolf Huebner
Primeiro membro da banca : Andre Augusto Campagnole dos Santos
Segundo membro da banca: João Francisco de Almeida Vitor
Terceiro membro da banca: Roberto Marcio de Andrade
Quarto membro da banca: Marcio Fonte Boa Cortez
Resumo: O concreto, com seu principal componente, o cimento, é, o material de maior importância em construções no mundo. Para a fabricação do cimento, o clínquer é o principal constituinte e é fabricado em um processo de pirólise em fornos rotativos. Resfriadores de clínquer são equipamentos utilizados após o forno. O resfriador do tipo grelha é o equipamento mais utilizado atualmente nesse processo. Entretanto, o grande número de plantas de fornos de cimento com resfriadores tipo satélite (ou planetário) ainda instalados, justifica a análise para sua melhoria. É considerado um equipamento de grande potencial para redução de consumo de energia no processo do forno. Este trabalho apresenta estudos utilizando uma formulação integral de um modelo de transferência de calor com um balanço energético e determinação da eficiência de todo o sistema. Especial atenção é dada à transferência de calor pela cortina, à transferência de calor externa por radiação e convecção e à transferência de calor interna por radiação, incluindo o efeito do vapor e pó em suspensão no ar. O trabalho inclui a caracterização do clínquer. Além disso, foram utilizadas novas técnicas e metodologias avançadas, sendo analisadas partes do modelo com mecânica dos fluidos computacional (MFC) e método de elementos discretos (DEM). O modelo é comparado com dados da literatura e de fábricas de cimento. Também é realizada uma análise de sensibilidade de diversas variáveis do modelo. É mostrado que não há grandes benefícios em modificar a velocidade de rotação e que as emissividades de material e da parede não tem maior impacto nos resultados do modelo. É apresentada uma proposta para substituição de levantadores para ganho de eficiência energética do equipamento. Admite-se possibilidade de ganho em resfriadores de clínquer em 80 kJ/kg de clínquer, representando em torno de 2.5 % do consumo de combustível de um forno de cimento.
Abstract: Concrete, with its main component, the cement, is the most important material in constructions worldwide. For the manufacture of cement, the clinker is the major constituent and is manufactured in a process of pyrolysis in rotary kilns. Clinker coolers are equipment used after the kiln. Currently, Grate Cooler is the most used equipment in this process. However, the large number of plants from cement kilns with satellite (or planetary) coolers still installed justifies an analysis for improvement. It is considered an equipment of great potential for energy consumption reduction in the kiln process. This paper proposes studies using an integral formulation of a heat transfer model, defining an energy balance and the efficiency of the equipment. Special attention is given in the curtain heat transfer, external heat transfer by radiation and convection and internal heat transfer by radiation, including the effect of the humidity and suspension dust in the air. This work includes too the characterization of the clinker. In addition, new techniques and advanced methodologies were used, and part of the model was analyzed with computational fluid mechanics (CFD) and discrete element method (DEM). The model is compared with literature data and cement plant information. A sensitivity analysis of several variables of the model is also performed. It is shown that there are great benefits in modifying the rotation speed and the emissivity of material and the wall have no greater impact on model results. A proposal is presented for replacing lifters to gain energy efficiency of the equipment. It is assumed the possibility of clinker coolers gain in 80 kJ per kg of clinker, representing about 2.5% of fuel consumption in a cement kiln.
Assunto: Calor Transmissão
Engenharia mecânica
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9QJETR
Data do documento: 31-Jan-2014
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