Simulação numérica do resfriamento de um forno de carvão vegetal utilizando um trocador de calor de tubo duplo

Abstract

Minas Gerais é responsável por mais de 80% da produção nacional de carvão vegetal proveniente de florestas plantadas. Ao longo dos anos as empresas vêm procurando aumentar essa produção construindo fornos com capacidade cada vez maior. A etapa de resfriamento desses fornos é um entrave para o aumento da produtividade do setor. O resfriamento natural de um forno pode levar de 6 a 16 dias, dependendo da capacidade do forno. A utilização de trocadores de calor para auxiliar no processo de resfriamento é uma alternativa para acelerar e controlar o tempo de resfriamento desses fornos. O objetivo desse trabalho é simular o resfriamento de um forno retangular para a produção de carvão vegetal utilizando um trocador de calor de tubo duplo. O forno simulado possui uma capacidade de 320 m³ e é resfriado por um trocador de calor de tubo duplo ar-ar com área de troca de 360 m² e vazão de operação de 8.000 m³/h. As equações do modelo matemático foram solucionadas de forma numérica pelo Método dos Volumes Finitos. Os resultados das simulações são comparados com resultados da literatura. A utilização do trocador de calor de tubo duplo permitiu uma redução de até 51% no tempo de resfriamento do forno simulado.

Palavras-chave: Carvão vegetal. Forno. Método dos Volumes Finitos. Resfriamento.

Numerical simulation of the cooling of a charcoal kiln using a double pipe heat exchanger

Abstract

Minas Gerais produces more than 80% of the total charcoal national production from planted forests. Over the years, companies have been increasing their charcoal production by increasing the capacity of kilns. The cooling stage of these large kilns is a bottleneck to increasing the sector’s productivity. The natural cooling of a kiln may take 6 to 16 days, depending on its capacity. The use of heat exchangers to assist in the cooling process is an alternative to accelerate and control the cooling time of these kilns. The aim of this work is to simulate the cooling of a rectangular charcoal kiln using a double pipe heat exchanger. The simulated kiln has 320 m³ of capacity and is cooled by an air-to-air double pipe heat exchanger with an area of 360 m² and flow rate of 8.000 m³/h. The equations of the mathematical model were solved numerically using the Finite Volume Method. The simulation results are compared with results available in literature. The use of the double pipe heat exchanger reduced in 51% the time for cooling the simulated kiln.

Keywords: Charcoal. Kiln. Finite Volume Method. Cooling.