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Simulação numérica em CFD de uma câmara de combustão ciclônica para a queima de biomassas de cana-de-açucar pulverizadas

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dc.creator HERRERA, Rudy Perez
dc.date.issued 2020-04-23
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2211
dc.description.abstract The Secondary products generated in the processing of sugarcane; that until a few years ago were mostly discarded, nowadays they have become potential energy resources for the generation of electric energy. However, the use of these available renewable resources requires more efficient technologies for the transformation into thermal energy, and later into electrical energy. With this objective, the company Brayton Energy designed a cyclonic combustion chamber as a fundamental component of a externally fired gas turbine, or EFGT cycle capable of generating 900 kWe of electric energy using different pulverized biomasses as fuel. This cyclonic combustion chamber was studied in this work through numerical computer simulations performed in ANSYS FLUENT, and using pulverized sugar cane bagasse as fuel, to evaluate the fluid dynamics design and the combustion performance of the bagasse particles inside the chamber. The simulations were performed using the turbulence models RMS, RNG k-ε, SST k-ω and Realizable k-ε. The species transport model was used for the combustion and the Finite Rate/Eddy Dissipation was chosen for the iteration of chemical reactions with turbulence. The Discrete Phase Model (DPM) was also used for the tracking of combustible particles and the Discrete Ordinate model for the radiation model. The results of the non-reactive simulations of the cyclonic chamber show the velocity fields and the recirculation zones inside the chamber, which allows to evaluate the fluid dynamics of the chamber design. In addition, the results of the reactive simulations show the distribution of temperature and combustion products within the cyclonic chamber, and provide information on combustion parameters such as temperature, mass, residence time and percentage of burning of bagasse particles along their trajectories through the combustion chamber. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Bagaço e palha de cana-de-açucar pt_BR
dc.subject Câmara ciclônica pt_BR
dc.subject Simulação numérica pt_BR
dc.title Simulação numérica em CFD de uma câmara de combustão ciclônica para a queima de biomassas de cana-de-açucar pulverizadas pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2020-11-05
dc.date.available 2020-11-06T19:20:38Z
dc.date.accessioned 2020-11-06T19:20:38Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/5368990364923908 pt_BR
dc.contributor.advisor1 CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/5213237888376188 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 NASCIMENTO, Marco Antônio Rosa do
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/4389923498902200 pt_BR
dc.description.resumo Os produtos secundários gerados no processamento da cana-de-açúcar, que até poucos anos atrás foram majoritariamente descartados, na atualidade têm-se tornado potenciais recursos energéticos para à geração de energia elétrica. Porém, o aproveitamento desses recursos renováveis disponíveis demanda tecnologias mais eficientes para a transformação desses recursos em energia térmica, e posteriormente em energia elétrica. Com esse objetivo a empresa Brayton Energy projetou uma câmara de combustão ciclônica como um componente fundamental de uma turbina a gás, com queima externa ou ciclo EFGT capaz de gerar 900 kWe de energia elétrica utilizando como combustível diferentes biomassas pulverizadas. Essa câmara de combustão ciclônica foi estudada neste trabalho através de simulações numéricas computacionais realizadas em ANSYS FLUENT, e utilizando bagaço de cana-de-açúcar pulverizado como combustível para avaliar o projeto da fluidodinâmica e o desempenho da combustão das partículas do bagaço dentro da câmara. As simulações foram realizadas utilizando os modelos de turbulência RMS, RNG k-ε, SST k-ω e Realizable k-ε. O modelo de transporte de espécies foi utilizado para a combustão e escolheu-se a FinitRate/Eddy Dissipation para a iteração das reações químicas com a turbulência. Foi utilizado também o modelo de Fase Discreta (DPM) para o rastreamento das partículas combustíveis e o modelo de Ordenadas Discreta para o modelo de radiação. Os resultados das simulações não reativas da câmara ciclônica mostram os campos de velocidade e as zonas de recirculação dentro da câmara, o que permite avaliar a fluidodinâmica do projeto da câmara. Já os resultados das simulações reativas mostram a distribuição de temperatura e dos produtos da combustão dentro da câmara ciclônica, e fornecem informação de parâmetros de combustão como a temperatura, massa, tempo de residência e porcentagem de queima das partículas de bagaço ao longo da suas trajetórias pela câmara de combustão. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA pt_BR
dc.relation.references HERRERA, Rudy Perez. Simulação numérica em CFD de uma câmara de combustão ciclônica para a queima de biomassas de cana-de-açucar pulverizadas. 2020. 194 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. pt_BR


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