Levantamento de dados experimentais e simulação térmica de um forno a rolos a gás natural

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.O presente trabalho tem como objetivo a realização de uma análise geral, visando determinar a eficiência térmica de um forno a rolos, a fim de gerar subsídios para propostas de economia de energia, sem acarretar prejuízos à qualidade dos produtos ou à eficiência do processo de produção. Os fornos a rolos são usados pela maior parte das indústrias cerâmicas de revestimento e constituem os maiores consumidores de gás natural do setor. Um forno a rolos típico é abordado através de simulações numéricas e experimentalmente. Medidas dos fluxos e da composição dos gases e da massa processada, das temperaturas, das pressões são realizadas no conjunto do forno. Simulações dos fluxos de massa e de energia são feitas para estudar o impacto de parâmetros operacionais na eficiência energética do conjunto. Os resultados mostram que melhorias significativas são conseguidas controlando os fluxos de massa dentro do forno, principalmente não permitindo que o ar da região fria, de resfriamento, penetre na seção de queima. Estes equipamentos possuem uma curva de temperatura pré-estabelecida ao longo de seu comprimento, enquanto mantém uma temperatura o mais constante possível na secção transversal. Estas características são conseguidas normalmente aumentando-se o fluxo de gases dentro do forno, o que aumenta a sua inércia térmica. Por outro lado fluxos de gases mais elevados diminuem a eficiência térmica do forno. Programas numéricos são usados para a simulação do comportamento do forno, permitindo antever a influência dos diversos parâmetros. Resultados gerais e específicos, como a participação da troca de calor por radiação, são apresentados e discutidos. The present work has as objective the accomplishment of a general analysis, aiming at to determine the thermal efficiency of a rollers kiln, in order to generate subsidies for proposals of energy economy, without causing damages to the product quality or the efficiency of the production process. The rollers Kiln are used mostly by the floor tile ceramic industries and constitute the sector's greater consumers of natural gas. A typical rollers kiln is boarded through numerical simulations and also experimentally. Measures of the flows, composition of the gases, processed mass, temperatures and pressures are carried through in the set of the oven. Simulations of the energy and mass flows are made to study the impact of operational parameters in the energy efficiency of the set. The results show that significant improvements can be obtained controlling the flows of mass inside of the oven, not allowing that the air of the cold region to penetrate in the burning section. This equipment have pre- established temperature curve throughout its entire length, while keeping the temperature in the transversal section as constant as possible. These characteristics are obtained increasing the flow of gases inside of the rollers kiln and therefore its thermal inertia. On the other hand increased gas flows diminish the thermal efficiency of the rollers kiln. Numerical programs are used to simulate the rollers kiln's behavior and help foreseeing each parameter's influence. General and specific results, as the participation of the radiation heat exchange, are presented and argued