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Análise de dispositivo recuperador de energia térmica por meio de ar aquecido em processos siderúrgicos brasileiros : uma abordagem experimental e computacional.
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1001836
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Assis, Paulo Santos | - |
| Autor(es): dc.contributor | Leal, Elisângela Martins | - |
| Autor(es): dc.contributor | Bortolaia, Luis Antônio | - |
| Autor(es): dc.contributor | Guedes, Luís Carlos Vieira | - |
| Autor(es): dc.contributor | Batista, Adriano Corrêa | - |
| Autor(es): dc.contributor | Leal, Elisângela Martins | - |
| Autor(es): dc.contributor | Silva, Washington Luís Vieira da | - |
| Autor(es): dc.contributor | Silva, Jonathas Haniel Casto | - |
| Autor(es): dc.contributor | Bortolaia, Luis Antônio | - |
| Autor(es): dc.contributor | Assis, Paulo Santos | - |
| Autor(es): dc.creator | Leal Junior, Amauri Menezes | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2025-08-21T15:04:04Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2025-08-21T15:04:04Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2025-08-12 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2024 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/20811 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1001836 | - |
| Descrição: dc.description | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. | - |
| Descrição: dc.description | Este trabalho aborda o desenvolvimento e a análise de um dispositivo recuperador de energia térmica, por meio de ar aquecido, aplicado em processos siderúrgicos. O objetivo principal é mitigar perdas energéticas processos siderúrgicos, utilizando um dispositivo capaz de recuperar parte do calor residual e convertê-lo em energia útil cujo custo de montagem em laboratório foi da ordem de R$ 1.094,68. O recuperador de energia térmica é um dispositivo projetado para captar e reutilizar o calor que é desperdiçado em processos siderúrgicos. Seu funcionamento baseia-se na transferência de calor para um fluido frio (ar de entrada), permitindo o pré-aquecimento desse fluido e, assim, ao passar por um bocal de área reduzida, ser acelerado e aumentar sua quantidade de movimento. A implementação desse dispositivo em processos siderúrgicos visa ampliar os esforços rumo a sustentabilidade de tais segmentos, aproveitando melhor o calor residual e diminuindo as perdas energéticas. A contribuição inédita desta pesquisa reside na aplicação de uma abordagem híbrida, experimental e computacional, para a avaliação do desempenho do dispositivo, com foco na realidade industrial do setor siderúrgico brasileiro, onde há poucas soluções similares. Com o intuito em atender aos parâmetros operacionais, foi construído um protótipo em escala laboratorial e feito as medições inerentes ao processo, onde ao se elevar a temperatura, a velocidade de saída do fluxo de ar gradativamente é aumentada. Com isso são desenvolvidas análises termodinâmica e de fluidodinâmica computacional para avaliação do processo. A metodologia adotada envolveu três frentes de análise: (1) modelagem computacional no software EES (Engineering Equation Solver) para avaliar as propriedades termodinâmicas do escoamento, (2) simulações numéricas em dinâmica dos fluidos computacional utilizando o software ANSYS Fluent para modelar o comportamento do fluxo de ar no bocal convergente, e (3) experimentos laboratoriais com um protótipo construído em escala, em uma bancada de testes equipada com resistências elétricas para aquecer o ar e simular condições de operação industrial. Os principais resultados indicam que o dispositivo é capaz de aumentar a velocidade do ar na saída do bocal, sendo para o software EES de 1,68 m/s para 21,68 m/s, software ANSYS de 1,68 m/s para 23,62 m/s e experimental de 1,68 m/s para 20,17 m/s evidenciando uma significativa conversão de energia térmica em energia cinética. A análise comparativa entre os dados experimentais e as simulações computacionais apresenta uma variação de 7,49% (EES) a 15,32% (ANSYS) em relação ao resultado experimental, validando o modelo numérico. A pressão na saída do dispositivo é de 106 kPa, com uma queda de temperatura de aproximadamente 10 K, confirmando a viabilidade técnica do dispositivo na recuperação de energia térmica. | - |
| Descrição: dc.description | This work addresses the development and analysis of a thermal energy recovery device, utilizing heated air, applied to Brazilian steelmaking processes. The main objective is to mitigate energy losses in steel plant furnaces by using a device capable of recovering part of the residual heat and converting it into useful energy. The thermal energy recovery device is designed to capture and reuse heat that would otherwise be wasted in industrial processes. Its operation is based on the transfer of heat from a hot fluid to a cold fluid (incoming air), allowing the preheating of this fluid. As it passes through a reduced area nozzle, the fluid is accelerated, increasing its momentum. The implementation of this device in steel plant furnaces represents an opportunity for sustainability in steel industries, by better utilizing residual heat and reducing energy losses. The novel contribution of this research lies in the application of a hybrid approach, both experimental and computational, to evaluate the performance of the device, focusing on the industrial reality of the Brazilian steel sector, where there are few similar solutions. To meet operational parameters, a laboratory-scale prototype is constructed, and measurements inherent to the process are conducted. As the temperature increases, the outlet air velocity gradually rises. Thermodynamic and computational fluid dynamics (CFD) analyses are developed to evaluate the process. The adopted methodology involves three areas of analysis: (1) computational modeling using EES (Engineering Equation Solver) software to assess the thermodynamic properties of the flow, (2) numerical simulations in computational fluid dynamics using ANSYS Fluent software to model the behavior of the airflow in the convergent nozzle, and (3) laboratory experiments with a custom-built prototype on a test bench equipped with electric resistances to heat the air and simulate industrial operating conditions. The main results indicate that the device is capable of increasing the air velocity at the nozzle outlet, from 1.68 m/s to 21.68 m/s in the EES software, from 1.68 m/s to 23.62 m/s in the ANSYS software, and from 1.68 m/s to 20.17 m/s in the experimental data, demonstrating a significant conversion of thermal energy into kinetic energy. The comparative analysis between the experimental data and the computational simulations shows a variation from 7.49% (EES) to 15.32% (ANSYS) relative to the experimental result, validating the numerical model. The pressure at the device outlet is 106 kPa, with a temperature drop of approximately 10 K, confirming the technical feasibility of the device for thermal energy recovery. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Idioma: dc.language | pt_BR | - |
| Direitos: dc.rights | aberto | - |
| Direitos: dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | - |
| Direitos: dc.rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | - |
| Direitos: dc.rights | Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 04/08/2025 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação. | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Peças de máquinas - bocal convergente | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Escoamento | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Fluidodinâmica computacional | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Energia - transferência | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Mecânica dos fluidos | - |
| Título: dc.title | Análise de dispositivo recuperador de energia térmica por meio de ar aquecido em processos siderúrgicos brasileiros : uma abordagem experimental e computacional. | - |
| Tipo de arquivo: dc.type | livro digital | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional - UFOP | |
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