Projeto e simulação de sistema de separação de cinzas para caldeiras a biomassa

• Author(s): Fernandes, Cristoffer
• Date: 2011
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/1822/21721
• Origin: RepositóriUM - Universidade do Minho
• Subject(s): Biomassa; Cinzas; Ciclones; Emissões; Biomass; Ash; Cyclones; Emissions
• Document Type: Bachelor Thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Teixeira, J. C. F.; Ferreira, Manuel Eduardo Cardoso

Description

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica Aumentar a eficiência de equipamentos e reduzir a libertação de poluentes representam os maiores desafios da atualidade. No que diz respeito à redução de poluentes, os estudos e recentes desenvolvimentos englobam o aperfeiçoamento no aproveitamento dos materiais e a redução dos emissões após os processos. A geração de calor e energia eléctrica com biomassa apresenta como desvantagem em relação aos combustíveis gasosos, a emissão de partículas nos gases de combustão. O presente trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de separação de partículas a jusante de uma caldeira a biomassa. Para tal, realizou-se o projeto de um ciclone de forma a diminuir os poluentes libertados durante a combustão e que de outra forma seriam expulsos pela chaminé para o meio ambiente. Recorrendo à simulação dinâmica do escoamento foi utilizado o Ansys FLUENT para o desenho, a construção de malha e o FLUENT para a solução numérica propriamente dita, de forma a estudar o escoamento formado no interior do ciclone. Assim foram projetados três ciclones de tamanhos diferentes, compatíveis com uma chaminé standard e analisada a eficiência de cada um. Os resultados obtidos englobam o perfil de velocidade, velocidades máximas e mínimas, a perda de carga, e o movimento de partículas. Na fase seguinte foi escolhido o ciclone que apresentou as melhores características para a construção de um protótipo. Foram realizados testes para determinar a pressão estática na entrada e na saída do ciclone a velocidades diferentes de forma a determinar a perda de carga real no ciclone e esses foram comparados com a perda de carga simulada. Increasing the efficiency of equipment’s and reduce the release of pollutants are the two major challenges of today’s generation. Regarding the reduction of pollutants and their impact on the environment, recent studies and developments focus on the improvement in the usage of materials and the reduction of emissions during processes. On the background of heat, an electrical energy generation with biomass, the release of pollutants is the major disadvantage compared to the combustion of gas fuel. The present project aims to develop a system of separation of particles release of a biomass boiler. To this end the project involved the study of a cyclone to reduce the number of pollutants released during combustion which otherwise would be released to the environment through the chimney. Computational Fluid Dynamics simulations, in this specific case Ansys FLUENT, were used for the design, construction of the mesh and the study of the flow formed inside the cyclone. Therefore three cyclones of different size were designed, compatible to be coupled to a standard chimney, and the efficiency of each of one is determined. The results include the velocity profile, maximum and minimum velocities, pressure, including the pressure drop, and particle motion. In the next phase was chosen the cyclone that presented the best characteristics for production of a prototype. Subsequent were performed tests to determine the static pressure at the inlet and the outlet of the cyclone at different velocities in order to find the actual pressure drop in the cyclone to then be compared with the simulated pressure drop.