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Title: Modelamento físico e numérico do Coal-Bunker.
Authors: Oliveira, Iara Patrícia Vieira de
metadata.dc.contributor.advisor: Assis, Paulo Santos
Bernardes, Américo Tristão
Silva, Guilherme Liziero Ruggio da
Keywords: Carvão
Modelo físico
Modelo computacional
Método dos elementos discretos
Coal Bunker
Issue Date: 2022
metadata.dc.contributor.referee: Assis, Paulo Santos
Ferreira, Carlos Roberto
Silva, Guilherme Liziero Ruggio da
Murta, Jorge Luiz Brescia
Citation: OLIVEIRA, Iara Patrícia Vieira de. Modelamento físico e numérico do Coal-Bunker. 2022. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Abstract: Conhecer o comportamento do fluxo granular da mistura de carvões no interior dos silos é fundamental, pois irregularidades durante o carregamento e o descarregamento podem impactar diretamente na produtividade e, em alguns casos mais extremos, na interrupção completa ou parcial do fluxo, impactando diretamente na operação dos fornos de coqueificação. O Coal Bunker tem um papel fundamental para uma operação estável e contribui diretamente com a competitividade e estabilidade operacional das coquerias. Portanto, este trabalho propõe o modelamento do fluxo granular da mistura de carvões no Coal Bunker, por meio de duas abordagens distintas: um modelo experimental em escala reduzida; e um modelo numérico computacional utilizando o método dos elementos discretos (MED), implementado no código comercial YADE. O modelo virtual reproduziu todas as características e condições do aparato experimental. Os dados gerados a partir dos testes no modelo físico foram utilizados para a validação do modelo computacional. Nos dois modelamentos foram avaliados a vazão mássica durante a descarga, o perfil de escoamento da carga, o efeito do atrito nas paredes do silo, a presença da segregação e a influência de algumas propriedades do carvão no fluxo granular, como: granulometria, umidade e densidade de carga. Apesar da modelagem do fluxo granular sob condições de carregamento e descarregamento ser um problema difícil de ser modelado, dada a natureza discreta do meio, o MED se mostrou uma excelente ferramenta e modelou corretamente o fluxo da mistura de carvões no Coal Bunker. Os resultados mostraram que a capacidade dos modelos físico e computacional, de prever o comportamento do fluxo da mistura de carvões no silo, foi satisfatório. Os resultados obtidos das simulações concordam com os experimentos não apenas sobre a vazão mássica, mas também sobre os padrões de escoamento da carga ao longo do processo de descarga. Foi identificado um mecanismo de segregação granulométrica no interior do silo, no qual foi observado uma ligeira maior presença de finos nas tremonhas centrais. Em se tratando da influência da altura da coluna da carga sob o escoamento, o mais indicado é trabalhar com o silo a uma capacidade superior a 80 % do volume total, atingindo uma maior vazão mássica. Os resultados, tanto no modelo físico quanto no computacional, apontam que as partículas têm distintas velocidades verticais, devido a ação do atrito, resultando em diferentes tempos de permanência no silo e não uniformidade no descarregamento da carga.
metadata.dc.description.abstracten: Knowing the behavior of a granular flow of the coal mixture in the silo is essential, as irregularities during loading and partial unloading can directly impact productivity, and, in some cases, the complete interruption of the flow, directly impacting operation of coking ovens. The Coal Bunker plays a key role in a stable operation and directly contributes to the competitiveness and operational stability of the coke plants. In this work, we modeled the granular flow of the fuel mixture in the Coal-Bunker from two different approaches: an experimental model in reduced scale; and a computational numerical model using the discrete element method, implemented in YADE commercial code. The data generated from the tests in the physical model were used in the validation of the computational model. The simulation model reproduced all the characteristics and conditions of the experimental apparatus. In the two approaches, one has evaluated the mass flow rate during unloading, the effect of friction on the silo walls, the flowing profile, and the influence of some properties of the coal on the granular flow: granulometry, humidity, load density. Although modeling a granular flow under loading and unloading conditions is a difficult task, given the discrete nature of the medium, it was shown that these complementary approaches correctly modeled the flow of the coal mixture in the Coal Bunker. The models allowed to preview the behavior of the mixture. The possible functioning of the physical properties of coal has been evaluated, as well as their effects under loading. A mechanism of granulometric segregation was identified inside the silo, in which a slight presence of fines was observed in the central hoppers. In terms of the influence of the height of the load column on the flow, the most suitable is to work with the silo with a minimum capacity of 80% of its total volume, achieving a higher mass flow. The results, both in the physical and in the computational model, indicate that the particles have different vertical speeds, due to the action of friction, resulting in different duration times in the silo and non-uniformity in the burden loading.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15789
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 24/10/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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