As simulações em CFD permitem elevar a eficiência no despoeiramento na Indústria Siderúrgica, avaliando a performance de tubulações de exaustão e equipamentos de separação, como filtro de mangas, precipitadores eletrostáticos e ciclones. Veja como neste post!
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O Brasil é o 9ª país com maior produção de aço no mundo. Por essa razão, a indústria siderúrgica é responsável pela exportação da matéria prima para aproximadamente 100 países, ficando atrás apenas da China, o seu maior concorrente e líder no mercado mundial de aço. O setor contribui de forma preponderante para a balança comercial do Brasil, além de participação significativa no PIB brasileiro.
Além dos desafios inerentes aos processos siderúrgicos que visam o aumento de produção, redução de custos e incremento da qualidade do aço, o controle de material particulado na unidade industrial é um fator crítico para a qualidade do processo, pois garante um ambiente salubre para os trabalhadores.
As legislações ambientais estão cada vez mais rígidas em relação às emissões, por isso, os engenheiros de processo e de manutenção são constantemente desafiados a melhorar a eficiência dos processos de despoeiramento.
No entanto, algumas dúvidas podem surgir: como reduzir a emissão de material particulado? Como aumentar a eficiência dos equipamentos para controle de particulado? Como otimizar o processo visando adequações às novas políticas ESG?
A resposta está na simulação computacional!
A Simulação CFD como ferramenta de Melhoria de Performance do Sistema de Despoeiramento na Indústria Siderúrgica
De forma geral, o fluxograma produtivo da indústria siderúrgica pode ser definido de acordo com a imagem abaixo:
São muitos processos que envolvem o transporte e manejo de material particulado que precisam ser controlados ao longo do ciclo de produção. A simulação em CFD pode auxiliar em cada um desses processos.
Cada um desses equipamentos e processos pode ser simulado através de simulação em CFD.
Por meio do software STAR-CCM+, conseguimos fazer o diagnóstico de cada equipamento, identificando suas vulnerabilidades e propondo virtualmente as soluções. Isso aumenta de forma significativa a assertividade da alteração de projeto para maior eficiência de processo.
É possível, por exemplo, estudar em detalhes o sistema de despoeiramento da coqueria, sinterização, aciaria, entre outros!
Tubulações de Exaustão, Ventiladores, Filtro de Mangas, Precipitadores Eletrostáticos e Ciclones
No sistema de despoeiramento de uma unidade da siderurgia, podem-se destacar como principais componentes:
- Conjunto de tubulações para admissão de ar e material particulado
- Ventiladores responsáveis pela exaustão
- Filtro de Mangas
- Precipitadores eletrostáticos
- Ciclones
Tubulações para Admissão de Ar e Material Particulado
A admissão do ar contendo o material particulado precisa ser eficiente para que o sistema de despoeiramento funcione de forma adequada.
Assim, perdas de cargas localizadas precisam ser evitadas, garantindo que a sucção proveniente do ventilador seja suficiente de acordo com as condições de projeto.
Em algumas unidades industriais, adequações são frequentemente realizadas devido a ajustes de produção. Porém sem um estudo adequado em relação ao dimensionamento das tubulações, estas adequações geram resultados não condizentes com o esperado.
Nesse sentido, a simulação pode auxiliar a identificar estes pontos de ineficiência de captação, permitindo direcionar as melhorias para melhor performance!
Problema de vibração em tubulações podem também ser diagnosticados e resolvidos através de simulação, conforme abaixo. O posicionamento de aletas resolveu o problema observado na prática.
| Tubulação com Vibração | Inserção de aletas direcionadoras de fluxo | Problema de vibração resolvido |
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Ventiladores
Muitas vezes a ineficiência de ventiladores pode estar relacionada às adequações realizadas pela indústria siderúrgica.
Estudar a performance dos ventiladores considerando a condição atual de projeto permite identificar a real capacidade do ventilador, verificando se ele possui a capacidade de succionar a quantidade necessária de ar, ou se ajustes devem ser realizados.
Adicionalmente, a simulação permite também avaliar outros problemas operacionais, como vibração, geração de ruído e desgaste prematuro das pás.
Filtro de Mangas
O filtro de mangas permite a retenção de materiais muito finos, o que o torna atrativo para um bom controle de material particulado.
No entanto, para obter a eficiência desejada neste tipo de equipamento, o fluxo de ar contendo o material particulado precisa entrar na câmara com as mangas de forma equalizada. Ou seja, o fluxo de ar em cada uma das mangas precisam ser os mais próximos possíveis.
Este é um problema frequentemente observado nas instalações industriais. A falta de equalização do fluxo além de reduzir a eficiência de separação, resulta em desgaste excessivo de algumas mangas, acarretando maiores paradas para manutenção.
Com a simulação, é possível avaliar em detalhes o perfil de escoamento de ar e partículas, avaliando os pontos de melhorias visando maior eficiência do equipamento e maior vida útil das mangas.
Precipitador Eletrostático
De forma similar ao filtro de mangas, a equalização de fluxo que passa pelo precipitador eletrostático é fundamental para que o equipamento possa performar de acordo com os dados de projetos.
A simulação permite identificar eventuais caminhos preferenciais que sobrecarregam o equipamento. Regiões com elevadas velocidades podem também levar a erosão ou abrasão das placas, reduzindo a eficiência de separação.
Adicionalmente, os modelos do STAR-CCM+ permitem integrar os fenômenos eletrostáticos com o escoamento de fluidos e partículas. Desta forma, a simulação permite reproduzir exatamente os fenômenos envolvidos na separação. Uma vez que se tenha um gêmeo digital confiável do equipamento, é possível testar diferentes configurações visando maior eficiência de controle de material particulado.
Ciclones
Ciclones são equipamentos consagrados na indústria de processos para controle de particulado, apresentando boa capacidade de controle de particulado aliado a um baixo custo operacional.
No entanto, um ciclone mal dimensionado não corresponderá a eficiência de separação desejada. A simulação em CFD pode contribuir para este problema!
Através do gêmeo digital do ciclone, é possível avaliar todos os parâmetros dimensionais do ciclone, avaliando seu perfil de velocidades e perda de carga.
A curva de separação de material particulado pode ser também obtida virtualmente através do STAR-CCM+, permitindo o completo diagnóstico do ciclone para maior eficiência de despoeiramento. A simulação permite automatizar a análise do ciclone, permitindo sua otimização.
Como resultados adicionais, é possível também avaliar possíveis zonas de erosão do ciclone, que podem levar a paradas manutenções de forma mais recorrente do que o desejável.
Conclusão
A simulação em CFD é uma ferramenta poderosa para garantir a eficiência de despoeiramento na indústria siderúrgica. Com o software STAR-CCM+, é possível obter o gêmeo digital de equipamentos comumente utilizados para controle de material particulado.
Através dessa abordagem, é possível obter uma visão detalhada do comportamento dos fluidos e partículas, identificando pontos de melhoria e otimizando os equipamentos de acordo com os dados de projeto.
A simulação permite reduzir custos e aumentar a segurança operacional. Seja através da maior eficiência de separação, seja através da redução de paradas para manutenção.
Portanto, investir em software de simulação de CFD é uma estratégia inteligente para as indústrias siderúrgicas que desejam se manter competitivas e responsáveis do ponto de vista ambiental. Isso vai de encontro também às políticas ESG cada vez mais presentes no setor industrial.
Quer aplicar a simulação em CFD para otimização de processos de despoeiramento na indústria siderúrgica? Fale com a JL Engenharia & Software.
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