Modelamento físico e numérico do Coal-Bunker.

Abstract

Conhecer o comportamento do fluxo granular da mistura de carvões no interior dos silos é fundamental, pois irregularidades durante o carregamento e o descarregamento podem impactar diretamente na produtividade e, em alguns casos mais extremos, na interrupção completa ou parcial do fluxo, impactando diretamente na operação dos fornos de coqueificação. O Coal Bunker tem um papel fundamental para uma operação estável e contribui diretamente com a competitividade e estabilidade operacional das coquerias. Portanto, este trabalho propõe o modelamento do fluxo granular da mistura de carvões no Coal Bunker, por meio de duas abordagens distintas: um modelo experimental em escala reduzida; e um modelo numérico computacional utilizando o método dos elementos discretos (MED), implementado no código comercial YADE. O modelo virtual reproduziu todas as características e condições do aparato experimental. Os dados gerados a partir dos testes no modelo físico foram utilizados para a validação do modelo computacional. Nos dois modelamentos foram avaliados a vazão mássica durante a descarga, o perfil de escoamento da carga, o efeito do atrito nas paredes do silo, a presença da segregação e a influência de algumas propriedades do carvão no fluxo granular, como: granulometria, umidade e densidade de carga. Apesar da modelagem do fluxo granular sob condições de carregamento e descarregamento ser um problema difícil de ser modelado, dada a natureza discreta do meio, o MED se mostrou uma excelente ferramenta e modelou corretamente o fluxo da mistura de carvões no Coal Bunker. Os resultados mostraram que a capacidade dos modelos físico e computacional, de prever o comportamento do fluxo da mistura de carvões no silo, foi satisfatório. Os resultados obtidos das simulações concordam com os experimentos não apenas sobre a vazão mássica, mas também sobre os padrões de escoamento da carga ao longo do processo de descarga. Foi identificado um mecanismo de segregação granulométrica no interior do silo, no qual foi observado uma ligeira maior presença de finos nas tremonhas centrais. Em se tratando da influência da altura da coluna da carga sob o escoamento, o mais indicado é trabalhar com o silo a uma capacidade superior a 80 % do volume total, atingindo uma maior vazão mássica. Os resultados, tanto no modelo físico quanto no computacional, apontam que as partículas têm distintas velocidades verticais, devido a ação do atrito, resultando em diferentes tempos de permanência no silo e não uniformidade no descarregamento da carga.