Análise do escoamento do biodiesel em queimadores industriais rotacionais utilizando fluidodinâmica computacional

Abstract

Queimadores são os principais responsáveis pela combustão na indústria quando se trata de equipamentos como fornos, turbinas e caldeiras. Nestes processos de combustão, é frequente o uso de óleos pesados que normalmente apresentam alta densidade e baixa fluidez, isso está associado a uma difícil mistura e altos níveis de emissão quando queimados. Por isso, mediante a uma crescente preocupação com o meio ambiente, aumenta o interesse por substitutos para esses óleos como o biodiesel. Todavia, o biodiesel apresenta uma eficiência de queima e temperatura mais baixas que os combustíveis normalmente utilizados. Uma solução para o aumento da eficiência da queima é a utilização do escoamento rotacional que proporciona uma melhora na mistura entre combustível e oxidante resultando em diminuição das emissões, aumento da eficiência e redução no consumo de combustível. O objetivo desse trabalho é analisar, sem presença de reações ou queima, a influência da geometria direcionadora de ar na entrada do queimador no escoamento de biodiesel, para se obter o máximo de dispersão desse fluido e assim, melhorar a eficiência. A análise foi feita através da Fluidodinâmica Computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics), utilizando o software Ansys CFX 19.0. Foram avaliadas as distribuições de fração volumétrica, a trajetória do escoamento e Swirl, qualitativamente e quantitativamente. Os resultados mostram que a geometria de entrada do queimador pode induzir o escoamento rotacional e aumentar a dispersão do biodiesel, melhorando a mistura entre combustível e oxidante.

ABSTRACT:

Burners are primarily responsible for combustion in the industry when it comes to equipment such as ovens, turbines and boilers. In these combustion processes, the use of heavy oils that normally have high density and low fluidity is often associated with difficult mixing and high emission levels when burned. Therefore, through a growing concern with the environment, interest in substitutes for these oils such as biodiesel increases. However, biodiesel has a lower burning and temperature efficiency than normally used fuels. One solution to increase firing efficiency is the use of rotational flow which provides an improved mixture between fuel and oxidant resulting in reduced emissions, increased efficiency and reduced fuel consumption. The objective of this work is to analyze, without presence of reactions or burning, the influence of the air directing geometry at the burner entrance in the biodiesel flow, in order to obtain the maximum dispersion of this fluid and, therefore, to improve the efficiency. The analysis was done through Computational Fluid Dynamics (CFD), using the software Ansys CFX 19.0. The distributions of volumetric fraction, the flow trajectory and Swirl, were evaluated qualitatively and quantitatively. The results show that the burner inlet geometry can induce rotational flow and increase biodiesel dispersion, improving the mixture between fuel and oxidant.