Publicação: Dimensionamento e modelagem de um sistema de insuflamento de ar para otimização da queima em uma fornalha de cavaco
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS, CNPQ::ENGENHARIAS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::TERMODINAMICA
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Resumo
A utilização de biomassa sólida como combustível em sistemas térmicos industriais tem se
consolidado como uma alternativa viável do ponto de vista energético e ambiental. Entretanto,
a elevada variabilidade físico-química desse tipo de combustível impõe desafios ao processo de
combustão, tornando indispensável o correto dimensionamento do sistema de suprimento e
distribuição de ar. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo o dimensionamento
e a modelagem de um sistema de insuflamento de ar aplicado a uma fornalha de combustão
de cavaco de eucalipto destinada à produção de 10 toneladas de vapor por hora, visando à
otimização da queima e ao aumento da eficiência energética da caldeira.
A metodologia adotada baseia-se inicialmente na caracterização elementar do combustível e
na aplicação do balanço estequiométrico da combustão, permitindo a determinação da vazão
teórica e real de ar necessária, considerando a adoção de excesso de ar compatível com as
condições reais de operação. Em seguida, realiza-se o balanço de energia da caldeira para a
determinação da vazão mássica de combustível requerida, levando em conta o poder calorífico
inferior do cavaco de eucalipto e o rendimento térmico do equipamento. A partir desses dados,
é desenvolvido o dimensionamento hidráulico do sistema de insuflamento, contemplando o
cálculo das perdas de carga distribuídas e localizadas ao longo das tubulações e dos orifícios de
distribuição de ar, bem como a seleção do ventilador adequado às condições de projeto.
Adicionalmente, é realizada uma análise de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) com
o objetivo de avaliar a distribuição do escoamento de ar no interior da fornalha e identificar
regiões de recirculação e uniformidade do suprimento de ar. Os resultados obtidos indicam que
o sistema dimensionado é capaz de fornecer a vazão de ar requerida com a pressão necessária,
promovendo uma distribuição mais homogênea do oxidante e contribuindo para uma combustão
mais eficiente, estável e com menores perdas térmicas.
Abstract
The use of solid biomass as fuel in industrial thermal systems has become an attractive
alternative from both energy and environmental perspectives. However, the high variability
of the physical and chemical properties of biomass fuels imposes significant challenges to the
combustion process, making the proper design of the air supply and distribution system essential.
In this context, this work aims to perform the design and modeling of an air insufflation system
applied to a eucalyptus wood chip combustion furnace intended to produce 10 tons of steam
per hour, seeking to optimize the combustion process and improve the overall thermal efficiency
of the boiler.
The adopted methodology is initially based on the elemental characterization of the fuel and
on the application of the stoichiometric combustion balance, which allows the determination of
the theoretical and actual air flow rates, considering an appropriate excess air for real operating
conditions. Subsequently, an energy balance of the boiler is carried out to determine the required
fuel mass flow rate, taking into account the lower heating value of the eucalyptus wood chips
and the thermal efficiency of the equipment. Based on these results, the hydraulic design of
the air insufflation system is developed, including the calculation of distributed and localized
pressure losses along ducts and air distribution orifices, as well as the selection of a suitable
fan for the design conditions.
Additionally, a computational fluid dynamics (CFD) analysis is performed to evaluate the
airflow distribution inside the furnace and to identify recirculation zones and the degree of flow
uniformity. The results indicate that the designed system is capable of supplying the required
air flow rate with adequate pressure, providing a more homogeneous oxidant distribution and
contributing to a more efficient and stable combustion process with reduced thermal losses.
Palavras-chave
Fornalha, Caldeira, Cavaco de Eucalipto, Combustão, Furnace, Boiler, Wood chips, CFD, Combustion
Citação
BARROS, João Vitor Rodrigues de. Dimensionamento e modelagem de um sistema de insuflamento de ar para otimização da queima em uma fornalha de cavaco. 2026. 57 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, 2026.