Pesquisa Numérica dos Processos em Reator de Pirólise de Pneus Usados

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1 Pesquisa Nuéica ds Pcesss e Reat de Piólise de Pneus Usads A. P. Silibeg Univesidade Reginal d Neste d Estad d Ri Gande d Sul UNIJUÍ Deataent de Ciências Exatas e Engenhaias - DCEEng Caixa Pstal 560, , Ijuí, RS e-ail: atsi@unijui.edu.b T. M. Magsuv V. G. Kiukv Kazan State Technical Univesity KSTU, Deatent f Engines PB 420, Kal Max Steet, 0 e-ail: vkujkv@kai.u Resu: Neste tabalh é aefeiçad del ateátic da iólise de neus usads desenvlvid anteiente. N del fa adicinadas as caacteísticas de seviç: vazã ttal da bacha e ate da bacha subliada n eat e funçã d te. Alé diss, sã deteinads s gasts de cal unidade da assa da bacha que escaa d eat. Ns esultads das siulações nuéicas ealizadas se de cnstata que: a influência da iólise nas caacteísticas de flux é cnsideável, que egie c iólise exige ais enegia d que egie de aquecient siles e que a queda de essã ssui u val áxi duante funcinaent d eat. Intduçã Atualente s autóveis sã undialente difundids e este fat, cnduz a ua gande acuulaçã de esídus de líes, incialente neus usads. A cada an e aíses da Eua suge 2,5 ilhões de tneladas de neus usads. Ns EUA te-se tabé 2,5 ilhões de tneladas e n Jaã ilhã de tneladas [3, 6]. A es te esse lix é a ige de hidcabnets (líquids e gasss), de fis etálics e cabn. Ua tecnlgia aa sua eciclage é a decsiçã da atéia ia e u eat de iólise [2, 3, 4, 7]. Inicialente s fagents de neus eenche eat e fa u ei s. N eat enta gás de tanste ( T g 500 C ) que aquece esses fagents casinand a decsiçã deles e gás, líquid e sólid [3, 7]. Os cesss sã tansientes e as caadas baixas n eat sã aquecidas ais aidaente d que as caadas altas. C a teeatua da suefície d fagent send Tws 280 C te iníci a decsiçã (iólise) da bacha fand ua leve façã gassa. E cntaatida, a esada façã gassa, c a efigeaçã fa d eat, tansfa-se e líquid. O cabn e etal fa a fase sólida a qual eanece n fund d eat. E [8] fi elabad del ateátic ds cesss de tansfeência de cal e assa e u eat de iólise (ig. a). Assi, bjetiv deste tabalh é aefeiça del citad, executa siulações nuéicas ds cesss e analisa s esultads encntads. Esbç d Mdel Mateátic O del ateátic ds cesss e u eat é aesentad tês blcs: B d ei s; B2 d flux gass; B3 da iólise da aede (ateial ds neus). B Mei Ps. O ei s é cnstituíd u cnjunt de tubs enttads c taanhs (cient, diâet, esessua da aede) iguais []. P hiótese eat é 270

2 dividid e techs iguais y, ei s é aesentad tubs cilíndics c aâets: sidade, L ttusidade e d diâet inten de cada tub (ig. b) e a esessua da aede d tub ( ) é deteinada ela exessã:,5d () 0 (2): E td i-ési tech x y.l, núe de tubs ( n i ) é deteinad ela exessã 4Syi ni i =,,N 2 T (2) (d 2 ) L nde S yi é a áea d cte tansvesal d eat n i-ési tech. 2 D 2 3 y x 2 y d y b) L 2 L D n c 2 a) c) k igua. a) esquea d eat (câaa de iólise): - (gás de tanste); 2 - (gás de tanste + duts de iólise); 3 - (fagents de neus); b) esquea de u tech: - flux d gás; 2 - aede d tub; с) esquea da aede: - ai d tub; k - fluxs da bacha subliada. B2 lux gass. O flux d gás é unidiensinal e suas caacteísticas sã alteadas sente e elaçã à altua d eat. As equações gvenantes, aesentadas a segui, sã: cnsevaçã de assa, ent linea, enegia, e gás ideal e fa difeencial (cnsideand que flux é quase estacinái e que existe tansfeência de cal e adissã de duts de iólise n flux). g g ws f f dx c T d dx d dx f fu f w dt dw dx h T T (3) f f (4) 27

3 nde: f u ftw fw e T g f w ; e П áea e eíet d tub; c cal esecífic d gás; h ceficiente de tansfeência de cal; g densidade d gás; ( ) vazã ttal da bacha subliada da egiã (,...,. + δ); w velcidade d gás; essã; edas de essã unidade de cient e x cdenada cente. As gandezas incógnitas sã: w, w, T g e. g B3 Piólise da aede. Neste del é cnsidead que a bacha decõe-se ua eaçã da ieia de [3], que a esessua da aede é cnstante n andaent da iólise (ig.c), as a densidade d ateial da aede f t,x, é alteada à edida que ce a subliaçã da bacha tant na suefície c nas caadas inteies. A equaçã de iólise é btida na fa: k b c c (5) nde: k A ex E R T b b b cnstante de velcidade; c e c façã vluética e densidade da fase slida (aâets cnstantes); А b e Е b ceficientes eíics; T = f (t, x, ) teeatua da aede. A equaçã de tansfeência de cal é aesentada na fa: T kbl c v c () T 2c c 2 T 2 c T c c (6) c as cndições de cntn: e h T g T T 0 ws T ( )c Tg 2 T ws aa = (7) aa = + δ (8) nde: λ cndutibilidade téica da aede; c cal esecífic da aede; L v cal de iólise; () 2 kb c c d vazã ttal da bacha subliada na egiã (,..., ). O del ateátic aclad é basead nestes blcs e cnsidea: flux nã estacinái d gás, a alteaçã da essã, da teeatua e da vazã d gás e elaçã a altua d eat; a tansfeência de cal e de assa ente gás e s fagents de neus; a cinética da iólise ds neus. E [8] del é descit ais detalhadaente e neste tabalh sã adicinadas as seguintes caacteísticas de seviç: - vazã ttal da bacha (G Rf ) na saída (devid a iólise) G Rf 2 f d 4 ntf Gg (9) f nde é val na saída d eat, n Tf é a quantidade de tubs na saída de eat e G g é a vazã inicial d gás de tanste; ate da bacha que escaa d eat 272

4 t E t GRf d (0) M R 0 nde M R é a assa inicial da bacha n eat; gasts de cal unidade da assa (J/kg) da bacha que escaa d eat Q es R GgC Tg T f () M send τ f te de iólise (te de escae de 95% de bacha). Siulações Nuéicas As siulações nuéicas fa executadas a ati de dads iniciais etiads da liteatua [2, 5, 6, 7] e estã clcads a segui. Diensões d eat (ig.a): D = 0,9 ; L = 0,89 ; D 2 =,5 e L 2 = 2,2. Paâets d gás de tanste (na entada): = Pa; T g = 500º C; G g =,2 kg/s e g = 29; λ g = 50-2 J/( s C); c = 004 J/(kg C) e η g = 40-5 N/( s). Piedades de ei s: ε = 0,5; d = 0,04 e L = 3. Piedades d ateial ds neus: T = 200º C; c = 500 J/(kg C); λ = 0,22 J/( s C); c = 0,3; ρ c = 600 kg/ 3 ; = 200 kg/ 3 ; L v = J/kg: A b = 3,7 e E b = 60 4 J/kg. Os síbls λ g, η g e g cesnde à cndutibilidade téica, viscsidade e assa lecula d gás ,0 Tgf (C) w f (P) w f(n) T gf (P) T gf (N) 9,0 8,0 7,0 6,0 wf (/s) 300 5,0 4, , Te (s) igua 2: Evluçã das gandezas w f e T gf na saída d eat, aa duas vaiantes de cálcul: c iólise (P, A b = 3.7) e se iólise (N, A b = 0). A igua 2 sta a evluçã ds vales w f e T gf na saída d eat aa duas vaiantes de cálcul: c a iólise (P) e se iólise (N, quand A b = 0). Se a iólise nã ce, a teeatua T gf (N) e velcidade w f (N) sente auenta e elaçã a te, is inicialente a teeatua ds fagents ds neus é baixa ( T0 200 C ) e duante a assage atavés d eat gás é cnsideavelente esfiad. Mas deis, quand a teeatua ds fagents auenta, esfiaent d gás diinui e entã T gf (N) auenta. Nesta situaçã a velcidade w f (N) tabé auenta (is G g (N) é cnstante e a densidade d 273

5 gás diinui). P estas azões ce tabé u auent da esistência hidáulica d eat (u seja, (N) está cescend). Quand ce a iólise (A b = 3.7) aaece duas aticulaidades: - a vazã d gás ( G T ) auenta (à edida que assa el eat) devid à subliaçã da bacha; - é necessái cnsideável cal adicinal aa dec ateial ds neus. Assi, na saída d eat a teeatua Tgf (P) Tgf (N). Obseva-se tabé, que a vazã ttal da bacha subliada ( G ) inicialente é equena, is aa inicia a iólise é ecis 3400 Rf aquece a bacha de 200 C até 300 C. Mas n fi d cess val G Rf tabé é equen, is quase tda bacha já está subliada. Dessa fa existe u áxi ( 4000s) na evluçã da G Rf e ele se eflete nas evluções das gandezas w f (P) e (P), as quais tabé ssue vales áxis (ig. 3) (P) T f (N) 500 (N) (Pa) 2600 T f (P) 400 Tf (C) Te (s) igua 3: Evluçã das gandezas e T f na saída d eat, aa duas vaiantes de cálcul: c iólise (P, A b = 3.7) e se iólise (N, A b = 0). 400 GR (g/s),, f f G Rf E 0,8 0,6 0,4 0,2 E Te (s) igua 4: Evluções das gandezas G Rf, E (t) e das densidades édias d ateial n fund ( ) e n t ( f ) d eat. Na igua 4 está stada a existência de u val áxi e elaçã à gandeza G Rf, cnfiand que fi clcad anteiente, e tabé sã stadas as evluções das densidades édias d ateial n fund ( ) e n t ( f ) d eat. Obseva-se que val diinui ais áid, is n fund d eat gás de tanste é quente. P iss ele 274

6 aidaente aquece s fagents ds neus e seu ateial ceça a sublia antes d ateial que está óxi a saída de eat. Obseva-se que n final da iólise val = cnstante, is cabn e s fis etálics ficaa dent d eat. Tabé é stada a evluçã da gandeza E (t) que alcança val E aós 2h 30in. Este val cesnde às caacteísticas exeientais de eates tíics de iólise [2]. Cnclusã Atualente eates de iólise de neus usads sã utilizads na indústia de eciclage. N esente tabalh fi aefeiçad del ateátic ds cesss de iólise e u eat de neus usads [8]. a intduzidas n del, as caacteísticas de seviç: vazã ttal da bacha (G Rf ), ate da bacha que escaa d eat (E ) e gasts de cal unidade da assa de bacha escaada (Q es ). As siulações nuéicas fa executadas aa caa dis egies de funcinaent d eat: se iólise (egie de aquecient) e c iólise. Os esultads btids sta que: - a iólise influi essencialente nas caacteísticas d flux; - egie c iólise exige ais enegia d que egie de aquecient devid à decsiçã da bacha; - a queda de essã ( ) é ai n egie c iólise e este egie aesenta u val áxi de ; - te ttal da iólise ds fagents de neus cesnde às caacteísticas exeientais ds eates tíics. Refeências [] J. Bea, Dynaics f fluids in us edia, Elsevie, New Yk, 972. [2] J. J. Belashv, Regulaent tecnlógic da lanta industial aa utiliza neus usads el étd de iólise, Sciedade Industial d Sul de Ual, Osk, [3] G. Mazl,. ahadi,. Khasheh, Kinetic deling f ylysis f sca ties. Junal f Analytical and Alied Pylysis, vl. 84, n 2,.57-64, (2009). [4] M. Olaza, G. Lez, M. Aabiuutia et all, Kinetic delling f tye ylysis in a cnical suted bed eact. Junal f Analytical and Alied Pylysis, vl. 8, n, , (2008). [5] I. A. Pv, Hiddinâica e tansfeência de cal e eleents e aaelhs c sidade. Intencificaçã da tansfeência de cal, Ed. UETK, Kazan, Rússia, [6] A. Quek, R. Balasubaanian, Algith f the kinetic f tie ylysis unde diffeent heating ate. Junal f Hazadus Mateials, vl. 66,.26-33, (2009). [7] E.M. Sklv, Pcessaent de neus usads, Gif e K, Mscu, 997. [8] A. P. Silibeg, T. M. Magsuv, V.G. Kiukv, Mdel ateátic da iólise de neus usads, Cngess de Mateática Alicada e Cutacinal - CMAC-20, Ubelândia,