Análise em CFD de uma câmara de combustão de um forno de destilação atmosférica de petróleo

Durante a etapa de projeto de fornos de unidades de destilação atmosférica são definidos limites para as temperaturas dos tubos da serpentina de aquecimento de petróleo, a fim de garantir sua integridade estrutural. Como estes equipamentos operam por anos, acabam por passar por modificações no projeto original e, portanto, faz-se necessário também que hajam ferramentas capazes de se adaptar e identificar os efeitos destas mudanças. No intuito de avaliar as condições de operação de um forno de uma destas unidades de destilação, neste trabalho realiza-se uma avaliação numérica em CFD - Computational Fluid Dynamics através do software Ansys CFX, onde a modelagem do escoamento reativo, turbulento e não isotérmico é implementada para simular o processo de combustão e a transferência de calor no interior do forno. A modelagem teve como base a solução das equações de conservação de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies químicas, considerando a radiação térmica em meios participantes, além da modelagem por taxas finitas de reações químicas com o modelo Eddy Breakup - Arrhenius para representar a queima do combustível em dois passos. A turbulência foi representada no escoamento através do modelo k- e o espectro de absorção dos gases de combustão na radiação tpermica foi descrito pelo modelo WSGG - Weighted Sum of Gray Gases. A solução das equações de conservação em acoplamento aos demais modelos selecionados é desenvolvida pelo Método de Volumes Finitos. Para avaliar o fluxo médio de calor para o petróleo foi utilizado o software comercial HTRI Xfh 6.0 e seus resultados foram aplicados como condições de contorno no modelo numérico no CFX. A validação da modelagem é realizada por comparação com dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura e por comparação com dados experimentais operacionais do forno. Como principais resultados apresentam-se os campos de temperaturas no interior do forno e a influência da geometria destes equipamentos no fluxo dos gases de combustão. Além disto, foi possível verificar o perfil de temperatura ao longo de cada tubo da serpentina de aquecimento individualmente bem como a distribuição de concentração de espécies químicas e taxas de transferência de calor na câmara de combustão. A modelagem numérica apresentou resultados mais próximos aos dados operacionais quando comparada a simulação com o software HTRI Xfh, mas em ambas as simulações as temperaturas obtidas estavam dentro da mesma ordem de grandeza, apresentando diferença máxima de 12,5% entre si.