Encontro de Energia No Meio Rural - Sistema de Alimentação de Biomassa Polidispersa

02092015 Encontro de Energia no Meio Rural shy Sistema de alimentaccedilatildeo de biomassa polidispersa

httpwwwproceedingsscielobrscielophppid=MSC0000000022000000200019ampscript=sci_arttextfigura1 19

Services

How to cite this paper

An 3 Enc Energ Meio Rural 2003

Sistema de alimentaccedilatildeo de biomassa polidispersa

Brossard L E Cortez L A Braunbech O A Lomardi E A

Aacuterea Interdisciplinar De Planejamento Energeacuteticos Faculdade de Engenharia Mecacircnica Universidade Estadual deCampinas Unicamp Cidade Universitaacuteria Zeferino Vaz 13083shy970 CampinasSP tel (019)788shy7242 Fax (019)289shy4717

RESUMO

Na atualidade os sistemas de alimentaccedilatildeo de biomassa polidispersa estatildeo compostos geralmente por um silo ena saiacuteda dele uma rosca semshyfim ou um transportador A biomassa polidispersa apresenta propriedades tiacutepicasentrelaccedilamento das fibras presenccedila de poacute coesivo e larga distribuiccedilatildeo granulometrica Estas propriedadesfazem com que o material ensiacutelado cria o chamado arco ou ponte dificultando ou impedindo seu escoamento Oarco eacute formado perto da boca de saiacuteda do silo na qual haacute uma seccedilatildeo convergente chamada de tremonha Estudando as propriedades da biomassa polidispersa chegoushyse agrave conclusatildeo de que uma possiacutevel alternativaviaacutevel para sistemas de alimentaccedilatildeo de biomassa eacute o sistema de remoccedilatildeo constante dentro do silo Isto eliminao uso da tremonha e os possiacuteveis problemas de escoamento do material O sistema proposto neste trabalho esta composto basicamente de um silo de paredes negativas um removedorno fundo do silo um raspador uma rosca semshyfim e um redutor

Palavrasshychave Sistema de alimentaccedilatildeo silos biomassa

ABSTRACT

Presently the feeding systems of polydispersed biomass are composed by a silo which has at its bottom anendless screw or a transportation band Typically polyspersed biomass is characterised by the presence of matter linking between fibbers cohesivebiomass powder and finally a bread granulometric distribution These properties are the cause of archs orbridges occurrence formed inside the silo specifically at its convergent section which hinder the downmovement of the stored material This paper deals with an alternative feeding system based on the study ofthe properties of polydispersed biomass which is expected to allow a free flow of the biomass in the silo The proposed system is basically composed of a negative wall silo having removing and scratching devices aswell as an endless screw and reductor In this new design the final convergent section of the silo is suppressed

INTRODUCcedilAtildeO

No Brasil os combustiacuteveis soacutelidos mais utilizados satildeo o carvatildeo mineral e a lenha O carvatildeo mineral esta restritoa regiatildeo sul ele eacute utilizado principalmente na produccedilatildeo de energia termoeleacutectrica e na industria cimenteira



Devido ao seu alto teor de cinzas e enxofre natildeo e muito utilizado industrialmente quando fica longe das minasprodutoras A lenha eacute um combustiacutevel amplamente utilizado no Brasil na aacuterea industrial e domestica eacute utilizadana industria para geraccedilatildeo de vapor principalmente em pequena unidades produtoras Eacute caracterizado por seubaixo teor de cinzas ausecircncia total de enxofre e umidade variaacutevel que depende do meacutetodo de armazenagem

A utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis provenientes da biomassa na atualidade tem seu maior uso nas usinas parageraccedilatildeo de energia eleacutetrica a utilizaccedilatildeo da biomassa como fonte de energia na atualidade esta apresentandoproblemas na sua alimentaccedilatildeo isto deveshyse a que a biomassa tem uma morfologia muito variada o que dificultaseu uso em pequena escala poreacutem na atualidade a biomassa aparece como uma variante muito interessantepor o fato de que eacute uma alternativa limpa e renovaacutevel de fornecimento de energia

Os combustiacuteveis soacutelidos satildeo utilizados como fonte de energia em fornos e fornalhas que em fornos e fornalhasque satildeo aparelhos em que o material eacute aquecido sob condiccedilotildees controladas cujas condiccedilotildees podem servelocidade de chama temperatura maacutexima temperatura de aquecimento rapidez de esfriamento e controle daatmosfera entre outros

Os fornos podem ser classificados de combustiacuteveis eleacutetricos solar etc aleacutem de que podem ser classificadosem descontiacutenuos e contiacutenuos A alimentaccedilatildeo destes aparelhos necessitam de um equipamento que permitavariar diversos paracircmetros em sua alimentaccedilatildeo como pode ser fluxo e velocidade de carga

Os alimentadores satildeo transportadores que tem como finalidade alimentar um sistema ou processo Podem sercontiacutenuos mecacircnicos ou pneumaacuteticos Para a alimentaccedilatildeo de um forno ou fornalha eacute necessaacuterio um sistema dealimentaccedilatildeo o qual esta composto basicamente de um transportador e de um silo o qual permitiria armazenar omaterial para ser transportado ateacute a entrada do forno ou fornalha

OBJETIVO

No presente trabalho pretendesse expor os principais problemas que acontecem quando utilizamshyse silos comtremonha em sistemas de alimentaccedilatildeo de biomassa polidispersa

Propor um sistema de alimentaccedilatildeo mediante o qual eliminaramshyse os problemas atuais dos sistemas dealimentaccedilatildeo

SILOS

Silos verticais satildeo construccedilotildees que tem como finalidade o armazenamento do material de um produto Aretirada deste produto do silo requer que este escoe para a parte inferior onde normalmente haacute uma seccedilatildeoconvergente denominada tremonha

A tremonha de um silo eacute a regiatildeo convergente do silo que reduz a seccedilatildeo transversal para a dimensatildeo daabertura de saiacuteda

Podem ser de formato cocircnico de base circular ou formada por superfiacutecies planas como um tronco de piracircmideou um tronco de prisma cujas bases podem ser retangulares ou quadradas (PINHEIRO 1968)

(JENIKE1964) determinou os limites para ocorrecircncia de cada tipo de escoamento (de massa ou de funil) tantopara os silos de tremonha cocircnica como para os silos de tremonha em cunha Estes limites dependem do acircngulode inclinaccedilatildeo das paredes do silo do acircngulo de atrito com as paredes e do acircngulo de atrito interno do material

O fluxo funil ocorre quando a parede do silo natildeo eacute suficientemente iacutengreme e sua superfiacutecie natildeo eacutesuficientemente lisa Neste caso o material da superfiacutecie escorrega parra um canal central vertical e caiatraveacutes deste ate a boca de saiacuteda

Nas seguintes figuras (1) (3) (4) mostramshyse os principais problemas que ocorrem quando utilizamshyse siloscom tremonha





Propriedades do bagaccedilo de canashydeshyaccediluacutecar

O bagaccedilo de cana eacute um material de difiacutecil manuseio devido ao sinergismo do entrelaccedilamento das fibras da



presenccedila de poacute coesivo e larga distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica de ambas as fraccedilotildees resultando em grandetendecircncia de formaccedilatildeo de estruturas em arco que dificultam seu escoamento Como a posiccedilatildeo das fibras namatriz depende do processo de disposiccedilatildeo do material no local onde analisamos raramente encontramshyseigualmente distribuiacutedas sendo comum o caso de termos maior porcentagem de fibras na posiccedilatildeo horizontal oualinhadas com o deslocamento do material Portanto podeshyse prever um comportamento anisotroacutepico domaterial

FORMACcedilAtildeO DE ARCOS

O arco eacute um tipo de estrutura que pode ocorrer na seccedilatildeo convergente de silos verticais no momento em que seabre sua saiacuteda ou durante o escoamento do material

(CARSON e MARINELLI 1992) e (CALI Jr 1990) explicam que dois tipos de arcos podemshyse formar na saiacutedaarco coesivo ou arco intertravante (tambeacutem chamado arco mecacircnico) mostrados na figura (1)

Com relaccedilatildeo as propriedades do bagaccedilo e palha de cana de accediluacutecar podeshyse dizer que natildeo eacute recomendaacutevel usarsilos com tremonha em sistemas de alimentaccedilatildeo quando utilizamshyse materiais coesivos isto deveshyse aformaccedilatildeo de arcos proacuteximos abertura de saiacuteda ou de um tubo no centro do silo como pode ser visto na figura(1)

Segundo (ROBERT 1995) existe um equacionamento elementar que distingue a coesatildeo do acircngulo do atritointerno Como exemplo mencionashyse a coesatildeo (c) esta propriedade eacute observada quando se comprime umaamostra de material na matildeo e ao abrirshyse esta o material preserva a forma Areia eacute um material tipicamentenatildeo coesivo enquanto barro argiloso uacutemido eacute bastante coesivo Jaacute o acircngulo de atrito interno do material eacute umapropriedade que depende da pressatildeo normal ao plano de cisalhamento da mostra da tensatildeo cisalhante exercidasobre o material para ocasionar o deslocamento e da coesatildeo A expressatildeo que relaciona estas grandezas eacute aequaccedilatildeo de COULOMB ( SCHOFIELD E SUTTON1997 E GOMIDE 1983)

JENIKE definiu o fator fluxo (ff) de um canal convergente como a relaccedilatildeo entre a tensatildeo principal deconsolidaccedilatildeo e a tensatildeo de compressatildeo que se estabelece em um arco distribuiacutedo ateacute as paredes do silo mostradas na figura (2)

Quando a tensatildeo a que resiste uma amostra inconfinada do material c for maior do que a tensatildeo existente noarco ( ) ocorre a formaccedilatildeo de um arco estaacutevel que impede o escoamento do material do silo Portanto paraque o escoamento ocorra eacute necessaacuterio a seguinte condiccedilatildeo

SEGRAGACcedilAtildeO

Uma propriedade relevante no comportamento do material ensiacutelado eacute a tendecircncia de segregaccedilatildeo eacute umfenocircmeno que soacute ocorre quando o material tem partiacuteculas de diferentes dimensotildees eou o descarregamento dosilo leva a separaccedilatildeo destes ou dos mesmos Quando haacute segregaccedilatildeo das partiacuteculas a distribuiccedilatildeo granulomeacutetricae o diacircmetro meio do material que sai do silo no inicio do processo diferem consideravelmente do material quesai no final do processo causando uma alimentaccedilatildeo desigual isto pode ser prejudicial sim no processo eacutenecessaacuterio uma alimentaccedilatildeo continua e homogecircnea como eacute o caso do reator de leito fluidizado levando comoconsequumlecircncia que as reaccedilotildees finais do processo natildeo sejam as desejadas

SISTEMAS DE ALIMENTACcedilAtildeO ACTUAIS

Os sistemas de alimentaccedilatildeo de combustiacuteveis soacutelidos estatildeo compostos geralmente por um silo e um dosador oqual geralmente eacute uma roscashysemshyfim estos aparelhos podem variar dependendo da quantidade de combustiacutevelque vaishyse alimentar eles podem ter uma rosca ou um pente de rosca O silo tem como finalidade armazenaro material que vai alimentar a fornalha onde normalmente haacute uma seccedilatildeo convergente denominada tremonhaQuando a alimentaccedilatildeo do aparelho eacute feito com materiais natildeo homogecircneos como a biomassa de canashydeshyaccediluacutecara alimentaccedilatildeo apresenta problemas isto deveshyse as propriedades do material que vai ser alimentado e pelageometria do silo Na figura (3) (4) mostramshyse os problemas mais comuns que ocorrem nos sistemas dealimentaccedilatildeo convencionais

SISTEMA DE ALIMENTACcedilAtildeO PROPOSTO

O sistema de alimentaccedilatildeo atual esta composto basicamente por um silo de paredes negativas um removedorno fundo deste um raspador e um redutor com um variador de frequumlecircncia na parte inferior do silo temos umapequena janela pela que saiacutera a biomassa que eacute movida pelo removedor a qual caiacutera na rosca semshyfim nafigura (4) mostrasse o sistema de alimentaccedilatildeo proposto

O silo de paredes negativas vai evitar a formaccedilatildeo dos chamados pontes ou arcos o removedor vai ter comotarefa garantir que o material natildeo fique grudado no fundo alem de que evitaria a segregaccedilatildeo do materialgarantindo assim uma alimentaccedilatildeo homogecircnea O variador de frequumlecircncia cambiara as velocidades de



alimentaccedilatildeo do sistema garantindo assim que possamshyse variar os fluxos na alimentaccedilatildeo

CAacuteLCULOS DO SISTEMA DE ALIMENTACcedilAtildeO PROPOSTO

Calculo da potecircncia necessaacuteria para mover o raspador do fundo do silo

t torque (Nm)

N revoluccedilotildees por min (rpm)

densidade do material (kgm3)

coeficiente de atrito

Hpr potecircncia do redutor (w)

Calculo do torque e Potecircncia da Rosca semshyfim (SHELESINGERD e PAPKOV A 1997)

Nomenclatura

D diacircmetro (m)

g aceleraccedilatildeo da gravidade 981 (m s2)


L comprimento da rosca semshyfim (m)



eff acircngulo efetivo

N revoluccedilotildees (rpm)

Reff raio efetivo (m)

acircngulo de atrito do material com as paacutes da rosca semshyfim (deg )

t acircngulo de atrito do material transportado com o canal da rosca semshyfim (deg )

coeficiente de enchimento ()

m massa do material dentro do tubo (kg)

Q vazatildeo

p passo (m)

METODOLOGIA DE CAacuteLCULO



CONCLUSOtildeES

Podeshyse concluir que

1 Os sistemas de alimentaccedilatildeo atuais quando utilizam biomassa em sua alimentaccedilatildeo natildeo estatildeosendo eficientes isto deveshyse em grande medida agrave geometria do silo

2 Quando no sistema de alimentaccedilatildeo utilizamshyse silos de paredes negativas esperashyse que omaterial natildeo forme arcos garantindo assim uma alimentaccedilatildeo constante

3 Se colocasse um removedor dentro do silo de forma a procurar a movimentaccedilatildeo continuadiminuirshyseshyaacute a segregaccedilatildeo do material

REFEREcircNCIA BIBLIOGRAacuteFICA

[1] PINHEIRO VA Noccedilotildees de Geometria Descritiva Rio de Janeiro 185p 1968

[2] JENIKE AW Storage and Flow of SolidsshyBulletin 123 University of Utah Engineering Experimentation



Station Salt Lake City nov 1964

[2] MARINELLI J CARSON J W Solve solids flow Problems in Bins Hoppers and Feeders Chem EngProgress p 22shy28 May 1992

[3] CALIL Jr C Recomendaccedilotildees de Fluxo e de Cargas para Projetos de Silos Verticais Satildeo CarlosEESC USP 1990

[4] ROBERTS AW 100 Years of Janssen Bulk Solids Handling v15 nordm 3 p 369shy383 JulSept 1995

[5] SCHOFIELD C SUTTON HM shy Systems Aproach for InshyPlant Bulk Materials Handling ChemicalEngineering p103shy110 Mar 1997

[6] GOMIDE R Operaccedilotildees Unitaacuterias ndash1 Volume Operaccedilotildees com Soacutelidos Granulares Ediccedilatildeo do Autor293p 1983

[7] SCHLEIDSENGER D e PAPKOVA Screw Conveyor Calculation Based on Actual Material PropertiesPowder Handling amp Processing v9 n4 p 321shy325 OctshyDec 1997

copy 2015 UNICAMPSBEA

Nuacutecleo Interdisciplinar de Planejamento Energeacutetico shy NIPEUNICAMP Caixa Postal 1170

13083shy970 Campinas SP Brasil

cortezreitoriaunicampbr



Devido ao seu alto teor de cinzas e enxofre natildeo e muito utilizado industrialmente quando fica longe das minasprodutoras A lenha eacute um combustiacutevel amplamente utilizado no Brasil na aacuterea industrial e domestica eacute utilizadana industria para geraccedilatildeo de vapor principalmente em pequena unidades produtoras Eacute caracterizado por seubaixo teor de cinzas ausecircncia total de enxofre e umidade variaacutevel que depende do meacutetodo de armazenagem

A utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis provenientes da biomassa na atualidade tem seu maior uso nas usinas parageraccedilatildeo de energia eleacutetrica a utilizaccedilatildeo da biomassa como fonte de energia na atualidade esta apresentandoproblemas na sua alimentaccedilatildeo isto deveshyse a que a biomassa tem uma morfologia muito variada o que dificultaseu uso em pequena escala poreacutem na atualidade a biomassa aparece como uma variante muito interessantepor o fato de que eacute uma alternativa limpa e renovaacutevel de fornecimento de energia

Os combustiacuteveis soacutelidos satildeo utilizados como fonte de energia em fornos e fornalhas que em fornos e fornalhasque satildeo aparelhos em que o material eacute aquecido sob condiccedilotildees controladas cujas condiccedilotildees podem servelocidade de chama temperatura maacutexima temperatura de aquecimento rapidez de esfriamento e controle daatmosfera entre outros

Os fornos podem ser classificados de combustiacuteveis eleacutetricos solar etc aleacutem de que podem ser classificadosem descontiacutenuos e contiacutenuos A alimentaccedilatildeo destes aparelhos necessitam de um equipamento que permitavariar diversos paracircmetros em sua alimentaccedilatildeo como pode ser fluxo e velocidade de carga

Os alimentadores satildeo transportadores que tem como finalidade alimentar um sistema ou processo Podem sercontiacutenuos mecacircnicos ou pneumaacuteticos Para a alimentaccedilatildeo de um forno ou fornalha eacute necessaacuterio um sistema dealimentaccedilatildeo o qual esta composto basicamente de um transportador e de um silo o qual permitiria armazenar omaterial para ser transportado ateacute a entrada do forno ou fornalha

OBJETIVO

No presente trabalho pretendesse expor os principais problemas que acontecem quando utilizamshyse silos comtremonha em sistemas de alimentaccedilatildeo de biomassa polidispersa

Propor um sistema de alimentaccedilatildeo mediante o qual eliminaramshyse os problemas atuais dos sistemas dealimentaccedilatildeo

SILOS

Silos verticais satildeo construccedilotildees que tem como finalidade o armazenamento do material de um produto Aretirada deste produto do silo requer que este escoe para a parte inferior onde normalmente haacute uma seccedilatildeoconvergente denominada tremonha

A tremonha de um silo eacute a regiatildeo convergente do silo que reduz a seccedilatildeo transversal para a dimensatildeo daabertura de saiacuteda

Podem ser de formato cocircnico de base circular ou formada por superfiacutecies planas como um tronco de piracircmideou um tronco de prisma cujas bases podem ser retangulares ou quadradas (PINHEIRO 1968)

(JENIKE1964) determinou os limites para ocorrecircncia de cada tipo de escoamento (de massa ou de funil) tantopara os silos de tremonha cocircnica como para os silos de tremonha em cunha Estes limites dependem do acircngulode inclinaccedilatildeo das paredes do silo do acircngulo de atrito com as paredes e do acircngulo de atrito interno do material

O fluxo funil ocorre quando a parede do silo natildeo eacute suficientemente iacutengreme e sua superfiacutecie natildeo eacutesuficientemente lisa Neste caso o material da superfiacutecie escorrega parra um canal central vertical e caiatraveacutes deste ate a boca de saiacuteda

Nas seguintes figuras (1) (3) (4) mostramshyse os principais problemas que ocorrem quando utilizamshyse siloscom tremonha





























t torque (Nm)






Nomenclatura

D diacircmetro (m)













Q vazatildeo

p passo (m)




CONCLUSOtildeES

















































t torque (Nm)






Nomenclatura

D diacircmetro (m)













Q vazatildeo

p passo (m)




CONCLUSOtildeES






























Q vazatildeo

p passo (m)




CONCLUSOtildeES























CONCLUSOtildeES





















Encontro de Energia No Meio Rural - Sistema de Alimentação de Biomassa Polidispersa

Documents

Transcript of Encontro de Energia No Meio Rural - Sistema de Alimentação de Biomassa Polidispersa