setembro 2015 vol. 2 num. 1 - VI Encontro Científico de Física Aplicada

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Proposta de emprego de conceitos de equilíbrio químico na descrição matemática da câmara de combustão de caldeira siderúrgica

Turetta, L. F.; Costa, A. O. S.;

Artigo Completo:

A queima de um combustível na câmara de combustão na presença de ar gera vapor, cinzas e gases de exaustão. A determinação da composição de saída das cinzas e dos gases de exaustão é de extrema importância ambiental e econômica para uma empresa. A descrição fenomenológica deste processo pode ser realizada empregando-se diferentes técnicas. Na modelagem matemática da câmara de reação de combustão utilizando a metodologia cinética é necessário: descrever as reações de combustão do combustível, determinar as taxas das reações, determinar os valores dos parâmetros cinéticos envolvidos e resolver o balanço de massa. Uma alternativa a esta técnica pode ser o emprego da minimização da energia livre de Gibbs do sistema. A energia livre de Gibbs total de um sistema fechado à temperatura e a pressão constantes devem diminuir durante um processo irreversível e a condição de equilíbrio é atingida quando a energia de Gibbs alcança seu valor mínimo. Portanto propondo um problema de otimização onde a energia livre de Gibbs é minimizada junto às restrições mássicas, pôde-se determinar a composição de saída de um sistema. O objetivo deste estudo consistiu em analisar as duas metodologias citadas anteriormente, e fazer uma descrição matemática da câmara de combustão de uma caldeira siderúrgica.

Artigo Completo:

The burning of a fuel in the furnace produces steam, ash and exhaustion gases. The determination of the ash and exit gas composition is important by environmental and economic issues to the industry. The phenomenological description of this process can be done by different techniques. To model the furnace by the kinetic methodology is needed to know the fuel combustion reactions, to determine the rates of these reactions, the kinetic parameters values and solve the mass balance. An alternative proposal to this technique can be to use minimization of the free Gibbs energy. The total Gibbs free energy of a closed system at constant temperature and pressure decreases during an irreversible process and the equilibrium condition is reached when the Gibbs energy reaches its minimum value. Therefore, in this case, it is proposed an optimization problem where the Gibbs free energy is minimized considering the mass restrictions. The obtained result informs the composition of the system. The goal of this study is to analyze the two methods previously mentioned aiming the mathematical description of the furnace of a steel boiler.

Palavras-chave: Composição de saída, Mecanismo Cinético, Energia Livre de Gibbs. ,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/phypro-vi-efa-020

Referências bibliográficas
  • [1] EPE. Demanda de energia 2050. EPE. Rio de Janeiro, p. 245. 2014.
  • [2] LÓPEZ, I.; PASSEGGI, M.; BORZACCONI, L. Variable kinetic approach to modelling an industrial waste anaerobic digester. Biochemical Engineering Journal, v. 96, p. 7–13, 2015.
  • [3] MURCIA, M. D. et al. Development of a kinetic model for the UV/H2 O2 photodegradation of 2,4-dichlorophenoxiacetic acid. Chemical Engineering Journal, v. 266, p. 356–367, 2015.
  • [4] GLAUDE, P. A.; PITZ, W. J.; THOMSON, M. J. Chemical kinetic modeling of dimethyl carbonate in an opposed-flow diffusion flame. Proceedings of the Combustion Institute, v. 30, p. 1111–1118, 2005.
  • [5] RODRIGUES, C. P. et al. SIMULATION OF PULVERIZED COAL FIRED BOILER:REACTION CHAMBER. Thermal Engineering, v. 4, p. 61-68, 200
  • [6] RAGGI, M. V. K. MODELAGEM DA CINÉTICA QUÍMICA DE FORMAÇÃO DE NOX E CO EM MOTORES COM IGNIÇÃO POR CENTELHA. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia mecânica, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. 2005.
  • [7] JÚNIOR, F. S. D. F. MODELAGEM E SIMULAÇÃO DINÂMICA DE UM COMBUSTOR DE GÁS NATURAL EM LEITO FLUIDIZADO. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade federal de Pernanbuco. 2004.
  • [8] LEVENSPIEL, O. Engenharia das reação Químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, v. 1, 2000.
  • [9] SUNDMAN, B.; LUB, X.-G.; OHTANI, H. The implementation of an algorithm to calculate thermodynamic equilibria for multi-component systems with non-ideal phases in a free software. Computational Materials Science, v. 101, p. 127–137, 2015.
  • [10] KANGAS, P.; HANNULA, I.; KOUKKARI, P. Modelling super-equilibrium in biomass gasification with the constrained Gibbs energy method. Fuel, v. 129, p. 86–94, 2014.
  • [11] NÉRON, A.; LANTAGNE, G.; MARCOS, B. Computation of complex and constrained equilibria by minimization of the Gibbs free energy. Chemical Engineering Science, v. 82, p. 260–271, 2012.
  • [12] SILVA, W. L.; RIBEIRO, J. C. T.; COSTA, E. F. D. J. Reduction efficiency prediction of CENIBRA''s recovery boiler by direct minimization of gibbs free energy. Brazilian Journal of Chemical Engineering, v. 25, p. 603 - 611, 2008.
  • [13] FOURNEL, S. et al. Predicting gaseous emissions from small-scale combustion of agricultural biomass fuels. Bioresource Technology, v. 179, p. 165–172, 2014.
  • [14] S.COSTA, A. O.; BISCAIA, E. C.; LIMA, E. L. Chemical Composition Determination at the Bottom Region of a Recovery Boiler Furnace by Direct Minimization of Gibbs Free Energy. Canadian Journal of Chemical Engineering, v. 83, p. 1-8, 2005.
  • [15] SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M. Introdução à termodinâmica da engenharia química. 5. ed. Rio de Janeiro: JC, v. 1, 2000.
Como citar:

Turetta, L. F.; Costa, A. O. S.; "Proposta de emprego de conceitos de equilíbrio químico na descrição matemática da câmara de combustão de caldeira siderúrgica", p. 81-85 . In: Anais do VI Encontro Científico de Física Aplicada [=Blucher Physics Proceedings, v.2, n.1].. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 2358-2359, DOI 10.5151/phypro-vi-efa-020

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