Orientador: Waldir Antônio Bizzo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Os queimadores a jato são caracterizados pela elevada quantidade de movimento na direção axial e elevada potência, estes queimadores são muito empregados em fornos rotativos, principalmente na indústria do cimento e da calcinação. O projeto de queimadores a jato é realizado usualmente...

Resumo: Os queimadores a jato são caracterizados pela elevada quantidade de movimento na direção axial e elevada potência, estes queimadores são muito empregados em fornos rotativos, principalmente na indústria do cimento e da calcinação. O projeto de queimadores a jato é realizado usualmente aproximando o escoamento de ar primário no queimador por um modelo de escoamento compressível isentrópico em um bocal, esta aproximação leva a elevada divergência entre o projeto e a performance do equipamento em operação. Nesta tese foram desenvolvidos e empregados modelos de escoamento compressível com atrito, troca de calor e variação de área de seção para o escoamento do ar primário no interior do queimador, esta modelagem permite integrar todo o projeto do queimador desde a especificação de motores, sopradores, simulação da rede de tubos que compõe queimador, incluindo o manifold, válvulas de controle, placas de orifício, mangotes etc, inclusive relacionando o escoamento do ar primário com o jato formado pelo queimador através do emprego e também do desenvolvimento de índices aerodinâmicos que representem o jato. Os pontos de inovação incluem além da modelagem proposta também o desenvolvimento de modelo para escoamento em swirlers, aplicação da lei de Crocco em escoamentos com mudança súbita de área de seção, aplicação de modelos de entrainment etc. A modelagem matemática proposta foi empregada no desenvolvimento de um sistema computacional na qual foi usado para simular diversos queimadores em escala industrial, e as simulações obtidas foram comparadas com as medições de campo realizadas nos queimadores. Os resultados das simulações foram muito representativos com divergências de no máximo 5,0 % entre as propriedades do escoamento simuladas com as propriedades mensuradas, por exemplo, pressão, temperatura, vazão etc

Abstract: Jet burners are characterized by their high power and their high momentum in the axis direction. For that reason, these burners are widely used in rotary kilns, especially in the cement and calcination industry. The project of jet burners is based on the approximation of the primary air...

Abstract: Jet burners are characterized by their high power and their high momentum in the axis direction. For that reason, these burners are widely used in rotary kilns, especially in the cement and calcination industry. The project of jet burners is based on the approximation of the primary air flow in the burner, through the development of an isentropic compressible flow model for one nozzle. This approximation leads to high differences between the project and the actual performance of the equipment. For the purposes of this thesis, models of compressible flow with friction, heat exchange and variable cross section area for primary air flow inside the burner were developed and applied. The application of these models makes possible the integration of the whole burner project, i.e. specification of motors, blowers, and the simulation of the burner's tubing system, which comprises manifold, control valves, orifices flow meters, hoses, etc. These models also provides means to relate the primary air flow to the jet formed by the burner, through the application and development of aerodynamic indexes that represent the jet. Besides proposed modeling techniques, innovations in this thesis include the development of a model for representing flow in swirlers, an application of the Crocco law for flow through sudden changing cross sections, application of entrainment models, etc. Mathematical modeling was applied in the development of a computational system, which was used to simulate diverse industrial burners. Resulting simulations were compared with measures taken from actual burners. Results obtained were highly representative, showing a variance of 5.0% at the most between simulated flow properties and measured properties, i.e. pressure, temperature, flow rate, etc