Máquinas Térmicas

UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL ÁREA DAS CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIA MÁQUINAS TÉRMICAS CARLOS ROBERTO ALTAFINI BURKHARD INGOBERT SCHMIDT GUILHERME PELLIN MAIKE LEITE PONTES PABLO IENSEN DA SILVA TRABALHO PROVANOTA 2 Caxias do Sul 2021 3950 Questão 1 A O PCIlhv do combustível kJkg C C cá pequeno cpoAr deltaT deveria ter ficado mais próximo de 202 C A temperatura dos produtos da combustão Interpolando encontrase que B O PCI base volumétrica A razão AC molar A razão AC mássica A exergia com base na equação de combustíveis deveria ter ficado mais próximo de 2114 ºC 1096705 arbitando inicialmente TP 2300 K 202685 ºC rôC6H14 PCIm 35225 45100 15886475 kJNm³ X C C X kg 01723 01723 4846986 Questão 2 PCIH2 1200752 240150 kJkg PCICO 9188 kJKg PCIHexano 45137 KJkg Hexano 1 kgs H2 00011958467614796 0017693748 kgs CO 00249614796 036930816 kgs 10110 kJkg C 87 10110 C Questão 3 Fluxo 1 CO2 00003 CO NO NO2 N2O Mprodutos 2885 CO2 000045753899500 02287 kgs Fluxo 2 CO2 00367 CO 00041 NO 00033 NO2 00033 N2O 00033 Mprodutos 2842 Fluxo2 512104 kgs C C C C Fluxo 3 CO2 00089 CO NO NO2 N2O Mprodutos 1864 CO2 0021008512104 0254287 kgs 18744797 55893 3974 3427 5254 5026 Carlos Eduardo Gazzola Pagliarin César Schinato Dionatan de Oliveira Rosa Douglas de Souza Pereira Grupo 7 20 Carvão Vegetal 80 Carvão Mineral Relatório Simulação da Combustão no Software Acomb CAXIAS DO SUL 2024 Introdução A combustão é o termo utilizado para descrever a reação química exotérmica que ocorre entre um combustível que pode ser uma substância líquida sólida ou gasosa e um comburente geralmente um gás contendo oxigênio Durante as reações de combustão os combustíveis sofrem oxidação resultando na perda de elétrons e no aumento do seu número de oxidação Nox Em contrapartida o comburente tipicamente o oxigênio passa por redução ganhando elétrons e diminuindo seu número de oxidação Assim ocorre uma variação de oxirredução durante essas reações levando à formação dos produtos resultantes A maioria dos combustíveis pode ser classificada em três categorias carvão hidrocarbonetos líquidos e hidrocarbonetos gasosos Este relatório apresenta a aplicação do software ACOMB para a simulação da combustão de uma mistura composta por 20 de carvão vegetal e 80 de carvão mineral o objetivo é analisar os resultados obtidos em termos de gráficos conforme imagem ilustrativa abaixo Figura 1 Graficos a serem analisados Fonte UCS Instrução de Trabalho ao Relatório Prof Giovani Dambros Telli 3 Materiais utilizados O carvão é formado por restos de vegetação de eras geológicas passadas submetidos a agentes bioquímicos alta pressão temperatura e imersão Suas características variam conforme a localização e até mesmo entre carvões de uma mesma mina A análise de uma amostra de carvão pode ser feita de duas maneiras a análise imediata que fornece as porcentagens de umidade material volátil carbono fixo e cinzas e a análise elementar que determina as porcentagens de carbono enxofre hidrogênio nitrogênio oxigênio e cinzas No Brasil o carvão mineral ocorre em várias regiões mas seus elevados teores de cinzas representam um desafio necessitando de beneficiamento antes do uso industrial O carvão vegetal obtido pela queima ou carbonização da madeira ainda é amplamente utilizado no Brasil ao contrário de muitos países centrais A indústria consome cerca de 85 do carvão vegetal produzido com residências e estabelecimentos comerciais consumindo aproximadamente 9 e 15 respectivamente 4 Relatório Para a simulação realizada no software ACOMB foram utilizados parâmetros químicos específicos tanto para o carvão mineral quanto para o carvão vegetal Esses parâmetros são essenciais para assegurar a precisão dos resultados da simulação permitindo uma análise detalhada do comportamento da combustão da mistura Na Figura 2 encontramse detalhados os parâmetros químicos do carvão vegetal já na Figura 3 são apresentados os parâmetros químicos do carvão mineral Essas informações são fundamentais para o correto ajuste das condições de entrada no software e para a interpretação dos resultados obtidos Figura 2 Carvão Vegetal Fonte o autor Figura 3 Carvão Mineral Fonte o autor 5 Ainda nas figuras 2 e 3 foram inseridas as vazões de 20kgh para o carvão vegetal e de 80kgh para o carvão mineral como pede teste de relatório a ser analisado com 20 e 80 respectivamente Figura 4 Tela do Software AComb Fonte o autor Na figura 4 pode se observar os dados retirados do software AComb para a realização das análises Como exemplo temse os resultados dos gases de combustão para porcentagem de ar teóricoLB de 100 temperatura de 25C e saída úmido volumétrico 6 Figura 5 Saída úmido volumétrico Fonte o autor Para primeira análise de combustão o percentual de ar teórico teve seu valor variado de 100 a 200 obtendose os resultados para gases de combustão úmido volumétrico como mostra a figura 5 Figura 6 Gráfico LB x gases de combustão Fonte o autor 7 A partir dos resultados obtidos da figura 5 o gráfico gerado da figura 6 pode se observar que o valor de nitrogênioN2 teve seu valor com pouca variação positiva e o teor de enxofre SO2 manteve se zerado Também é possível observar que com o aumento do percentual de ar teórico os valores de dióxido de carbono CO2 e água H2O diminuíram ao contrário do valor de oxigênio O2 que teve a maior diferença percentual com a variação de LB Os valores das temperaturas adiabáticas temperatura de chama e potência da combustão tiveram seus valores obtidos do software AComb também com a variação do percentual de ar teórico na combustão iniciando em 100 até 200 com variação de 10 para cada resultado O intuito deste teste é avaliar o comportamento da temperatura com a variação do LB Figura 7 LB x P x Temperatura adiabatica Fonte o autor 8 Figura 8 Grafico LB x Temperatura de chama Fonte o autor Analisando o gráfico da figura 8 obtido através dos resultados da tabela da figura 7 pode se observar a diminuição da temperatura de chama com o aumento do percentual de ar teórico na combustão Isso acontece devido ao aumento de oxigênio nos gases de combustão conforme mostra a figura 6 A variação do percentual de ar teórico LB na combustão em função do percentual de oxigênio O2 para valores a serem encontrados de 0 3 6 9 12 e 15 nos gases de combustão foram testados no software AComb e os resultados obtidos conforme tabela da figura 9 9 Figura 9 LB em função do percentual de O2 Fonte o autor Figura 10 O2 x LB Fonte o autor Com os resultados obtidos na figura 9 o gráfico plotado de LB em função de O2 pode ser analisado e verificado que conforme aumentam os níveis de oxigênio gerados nos gases de exaustão isso ocorre com o aumento de ar teórico na combustão 10 Com a analise das temperaturas de gases variadas no software AComb obteve o percentual de perda do sistema conforme figura 11 e 12 Figura 11 Tabela Base Úmido Mássico Fonte o autor Figura 12 Gráfico Percentual de Gases x TG Fonte o autor Analisando o gráfico quanto maior a temperatura dos gases maior foi o percentual de perda 11 Conclusão Através da análise detalhada dos gráficos podese obter conclusões parciais sobre a eficiência do sistema de combustão Essas conclusões permitem identificar oportunidades significativas para a otimização do processo com o objetivo de melhorar a eficiência energética Além disso a análise também pode revelar formas de reduzir potenciais emissões contribuindo assim para um sistema mais sustentável e ecologicamente responsável Ao focar na interpretação dos dados gráficos é possível implementar melhorias específicas que não apenas aumentam a performance do sistema de combustão mas também minimizam o impacto ambiental associado às suas operações 12 Referências Software Acomb 5 Disponível em httpswwwiptbr BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard Edwin Fundamentos da termodinâmica São Paulo E Blücher c2013 GARCIA Roberto Combustíveis e combustão industrial 2 ed Rio de Janeiro Interciência 2013 TDENOTA2 Sem 2502 Trabalho de Grupo utilizando o Programa Acomb Trabalho de Grupo com o Programa Acomb de ar teórico Potência no combustível Trabalho de Grupo com o Programa Acomb de ar teórico Potência nos gases de combustão Temperatura Adiabática de Chama Temperatura dos gases na saída do equip Banco de Dados de Combustíveis Nome Óleo 2A Óleo 1A Cavaco Eucaliptos Casca Eucaliptos Carvão Vegetal Carvão Mineral Bagaço de Cana Lenha Eucalipto Lenha Eucalipto Pinus Diesel h 96 105 58 5 44 31 67 58 58 59 131 c 878 87 483 453 93 415 484 483 483 492 86 o 05 0 452 488 0 84 448 452 452 443 0 n 07 0 06 08 0 08 0 06 06 006 0 s 14 25 01 01 25 12 01 01 01 003 09 z 0 0 0 0 0 45 0 0 0 03 0 u 0 0 1151 2551 0 0 0 4075 4075 14236 0 PCs 10373 10038 46846 40154 44695 39928 45173 46469 46469 4785 10469 Cp 19 19 1344 1344 15 135 166 21661 21661 042 17 Tipo Óleo Combustível Óleo Combustível Biomassa Biomassa Biomassa Carvão Mineral Biomassa Óleo Combustível Óleo Combustível Biomassa Óleo Combustível Óleo Combustível Análise Elementar bs Dados Nome Diesel Vazão 0027778 kgs Cp 17 kJkgK Temperatura 20 oC Fração Neb 0 Umidade 0 Pres Neb 22 bar PCs 43800 kJkg Potência 12176 kW PCi 40940 kJkg Base Úmida Ar Estequiométrico 1455 Ok Cancela Óleo Combustível Análise Elementar bs Dados Nome Cavaco Eucaliptos Vazão 100 kgh Cp 06248 kJkgK Temperatura 20 oC Fração Neb 0 Umidade 30 Pres Neb 22 bar PCs 9112 kJkg Potência 25346 kW PCi 74928 kJkg Base Úmida Ar Estequiométrico 39524 Ok Cancela Óleo Combustível Análise Elementar bs Dados Nome Cavaco Eucaliptos Vazão 70 kgh Cp 089258 kJkgK Temperatura 20 oC Fração Neb 0 Umidade 42857 Pres Neb 22 bar PCs 13017 kJkg Potência 25346 kW PCi 10704 kJkg Base Seca Ar Estequiométrico 55904 Ok Cancela Mistura Gasosa Novo Abir Mistura Salvar Mistura Inserir Componente Excluir Componente Fórmula Nome Molar bu Mássica bu N2 Nitrogênio 128 202 CO2 Gás Carbônico 048 119 C5H12 nPentano 001 004 C4H10 nButano 007 023 C3H8 Propano 078 194 C2H6 Etano 803 1363 CH4 Metano 8935 8094 Dados Nome Gás Natural Vazão 93505 kgh Temperatura 20 oC Pressão 1 atm Mistura Diferença 0 Mol 17711 PCs 53141 MJkg PCi 48014 MJkg Cp 20465 kJkgK Densidade 073626 kgm3 Wobbe 64121 MJkg Potência 13813 MW Base Seca Gráficos a serem feitos de ar teórico Lb 100 110 120 200 CO2 H2O O2 SO2 N2 de ar teórico Lb 100 110 120 200 TAC ºC de ar teórico Lb 100 110 120 0 3 6 15 de O2 Tg ºC 160 180 200 300 de perda nos gases Mudem na análise anterior a base para úmido mássico mcombustível mar de combustão mgases de combustão Usem como base 100 kgh de combustível ou mistura combustível Combustíveis a serem analisados com em massa de cada um sugestão usem como base 100 kgh de mistura combustível GRUPO 1 20 de carvão mineral 80 de cavaco de eucalipto GRUPO 2 43 de carvão mineral 57 de cavaco de eucalipto GRUPO 3 30 de casca de eucalipto 70 de bagaço de cana GRUPO 4 50 de Gás natural metano 939 etano 36 propano 12 e nbutano 13 50 de gás GLP propano 60 nbutano40 GRUPO 5 50 de GN boliviano 50 de gás GLP propeno 3049 propano 1437 buteno 3179 e nbutano 2335 GRUPO 6 50 de gás pobre de carvão betuminoso metano 30 H2 140 N2 509 O2 06 CO 270 e CO2 45 40 de gás de água metano 102 eteno 61 benzeno 28 H2 405 N2 29 O2 05 CO 340 e CO2 30 GRUPO 7 70 de carvão vegetal 30 de carvão mineral GRUPO 8 80 de carvão vegetal 20 de carvão mineral GRUPO 9 65 de biogás metano 65 e CO2 35 35 de gás de coqueria metano 321 eteno 35 benzeno 05 H2 465 N2 81 O2 08 CO 63 e CO2 22 ELABORAR UM RELATÓRIO SOBRE O ASSUNTO