Estudo sobre Forno de Rolos

Páginas: 104 (25892 palavras) Publicado: 27 de outubro de 2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA

Levantamento de Dados Experimentais e Simulação
Térmica de um Forno a Rolos a Gás Natural

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA

Tales Gottlieb Jahn

Florianópolis, Fevereiro de 2007

II

UNIVERSIDADE FEDERALDE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
LEVANTAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS E SIMULAÇÃO TÉRMICA DE
UM FORNO A ROLOS A GÁS NATURAL

TALES GOTTLIEB JAHN

Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA
ESPECIALIDADE ENGENHARIA MECÂNICA
sendo aprovada em sua forma final.
_________________________________
Vicente de PauloNicolau, Dr. - Orientador

_______________________________________
Fernando Cabral, Ph.D. - Coordenador do Curso

Banca Examinadora

______________________________
Edson Bazzo, Dr.

______________________________
Márcio Celso Fredel, Dr.

______________________________
Saulo Güths, Dr.

III

AGRADECIMENTOS
A minha esposa Ivete pela compreensão, apoio e incentivo na conclusãodeste trabalho.
Aos meus pais Itamar e Ana, ao meu irmão Itamar Jr. e à minha irmã Tanara, pelo apoio e
incentivo durante todos estes anos.
Ao Professor Vicente de Paulo Nicolau, pela efetiva orientação e amizade.
Aos bolsistas de iniciação científica Rodolfo, Pedro, Marcello e Renato e ao M.Eng.
Alessandro pela inestimável ajuda no desenvolver dos trabalhos.
À Universidade Federal de SantaCatarina, aos seus profissionais e colaboradores, pelo
convívio e pelas oportunidades oferecidas, em especial ao Departamento de Engenharia
Mecânica. Aos professores da banca examinadora, pelas sugestões, críticas e pela
contribuição final que deram ao trabalho.

Aos financiadores do projeto: Programa de Formação de Recursos Humanos da
ANP para o Setor de Petróleo e Gás Natural -PRH-09/MECPETRO e Rede Gás
Energia/FINEP

IV

"Há mais pessoas que desistem do que pessoas que fracassam."
Henry Ford

V

SUMÁRIO
SUMÁRIO

V

LISTA DE FIGURAS

VII

LISTA DE TABELAS

X

SIMBOLOGIA

XI

RESUMO

XIII

ABSTRACT

XIV

1. INTRODUÇÃO

01

1.1 Apresentação

01

1.2 Justificativa do trabalho

04

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

05

2.1 Panorama geral05

2.2 A produção de cerâmica de revestimento

06

2.2.1 Processo produtivo

08

2.3 Trocas térmicas

09

2.3.1 Consumo da energia

09

2.3.2 Modelagem térmica dos fornos contínuos

12

3. Forno estudado

16

4. SIMULAÇÃO NUMÉRICA

20

4.1 Descrição do programa

23

4.1.1 Modelo de cálculo

23

4.1.2 Formulação do cálculo

26

4.1.3 Condições de contorno26

4.1.4 Descrição das sub-rotinas

28

4.1.4.1 Sub-rotina de balanço energético

28

4.1.4.2 Sub-rotina de vazões de ar

28

4.1.4.3 Sub-rotina de combustão

29

4.2 Modelo de transferência de calor por radiação

29

4.2.1 Fator de forma

29

4.2.1.1 Introdução ao método computacional

29

4.2.1.2 Comparação com solução analítica

32

4.2.1.3 Validação dométodo de cálculo do fator de forma

34

4.2.2 Método de Gebhart

37

5. ANÁLISE EXPERIMENTAL

40

5.1 Forno estudado

40

5.2 Metodologia adotada

42

VI
5.2.1 Medição de vazão

43

5.2.2 Medição de temperatura

44

5.3 Distribuição de energia

46

5.3.1 Excesso de ar de combustão

48

5.3.2 Análise das vazões de ar do forno

48

6. SIMULAÇÃO COM O AUXÍLIO DOCFX

50

6.1 Uso do CFX

50

6.2 Domínio de solução

50

6.3 Malha

51

6.4 Condições de contorno

52

6.5 Resultados

53

7. RESULTADOS OBTIDOS PELA SIMULAÇÃO NUMÉRICA

64

7.1 Curva de temperatura

64

7.2 Comparação com a curva experimental de temperatura

68

7.3 Balanço térmico

70

7.4 Influência da temperatura do ar de combustão

71

7.5...
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