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ORCID:  http://orcid.org/0009-0008-2732-4992
Tipo de documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Avaliação da eficiência térmica de caldeiras em regime de carga parcial e plena por métodos direto e indireto via modelagem computacional
Título (s) alternativo (s): Assessment of the thermal efficiency of boilers under partial and full load conditions using direct and indirect methods via computational modeling
Autor: Gonçalves, Vitor dos Santos
Primer orientador: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Primer miembro de la banca: Maciel, Guilherme Queirós de Araújo
Segundo miembro de la banca: Parreira, Edsonei Pereira
Resumen: Este trabalho tem como objetivo analisar, por meio de modelagem computacional, a influência da carga de operação sobre a eficiência térmica de uma caldeira a biomassa, avaliando esse comportamento tanto pelo método direto quanto pelo método indireto de determinação de eficiência. Para isso, foi desenvolvido um modelo em software EES (Engineering Equation Solver), fundamentado em balanços de energia, em balanço estequiométrico de combustão a partir da análise elementar do combustível, e nas formulações consagradas na literatura para os métodos direto e indireto de cálculo de eficiência de caldeiras. Foram simulados quatro patamares de carga (100%, 60%, 30% e 10% da capacidade nominal), onde os parâmetros operacionais, como excesso de ar, temperatura de exaustão e teor de CO nos gases, foram obtidos de dados experimentais publicados para uma caldeira de grelha a biomassa, de modo a garantir maior aderência do modelo a condições reais de operação. Os resultados demonstraram que a eficiência térmica sofre degradação acentuada em condições de baixa carga, especialmente abaixo de 30% da capacidade nominal, e que essa relação não é estritamente monotônica, apresentando comportamento não linear nas cargas intermediárias devido à interação entre o aumento do excesso de ar e a variação da temperatura de exaustão. A comparação entre os métodos evidenciou boa concordância numérica entre si, além de reforçar que o método indireto é mais adequado para combustíveis sólidos como a biomassa, por dispensar a medição direta da vazão de combustível e por permitir identificar individualmente qual mecanismo de perda é responsável pela degradação da eficiência em cada condição de carga, constatando-se que a perda por radiação e convecção é o mecanismo mais sensível à redução da carga. Por fim, identificou-se uma lacuna na literatura quanto à variação quantitativa de parâmetros operacionais de combustão em função da carga para caldeiras a biomassa, sugerindo-se como proposta de trabalho futuro a realização de uma campanha experimental de medição em uma caldeira real, de modo a validar e aprimorar as relações adotadas neste estudo.
Abstract: This work aims to analyze, through computational modeling, the influence of boiler operating load on the thermal efficiency of a biomass-fired boiler, evaluating this behavior using both the direct and indirect methods of efficiency determination. To this end, a model was developed in EES (Engineering Equation Solver) software, based on energy balances, a stoichiometric combustion balance derived from the fuel's elemental analysis, and the formulations established in the literature for the direct and indirect methods of boiler efficiency calculation. Four load levels were simulated (100%, 60%, 30%, and 10% of nominal capacity), with operating parameters, excess air, flue gas temperature, and CO contente, obtained from published experimental data for a biomass grate boiler, ensuring greater adherence of the model to real operating conditions. The results showed that thermal efficiency undergoes significant degradation under low-load conditions, particularly below 30% of nominal capacity, and that this relationship is not strictly monotonic, exhibiting non-linear behavior at intermediate loads due to the interaction between increasing excess air and varying flue gas temperature. The comparison between methods showed good numerical agreement between them, while also reinforcing that the indirect method is more suitable for solid fuels such as biomass, since it does not require direct measurement of fuel flow rate and allows individual identification of which loss mechanism is responsible for efficiency degradation under each load condition, with radiation and convection losses identified as the mechanism most sensitive to load reduction. Finally, a gap was identified in the literature regarding the quantitative variation of operational combustion parameters as a function of load for biomass boilers, suggesting as a proposal for future work the conduction of an experimental measurement campaign on a real boiler, in order to validate and refine the relationships adopted in this study.
Palabras clave: Caldeira a biomassa
Eficiência Térmica
Carga de Operação
Método Direto
Método Indireto
Modelagem Computacional
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::TERMODINAMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Cita: GONÇALVES, Vitor dos Santos. Avaliação da eficiência térmica de caldeiras em regime de carga parcial e plena por métodos direto e indireto via modelagem computacional. 2026. 44 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50067
Fecha de defensa: 6-ago-2026
Aparece en las colecciones:TCC - Engenharia Mecânica

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