Análise do aquecimento transiente em fornos de filamento

Abstract

O presente trabalho propõe a realização de uma análise transiente do processo aquecimento de um forno a filamento, partindo da condição ambiente, até atingir o regime permanente. Baseando-se em uma geometria de filamento previamente desenvolvida, gerada por análise inversa, em regime estacionário, este trabalho tem por objetivo analisar as implicações que a etapa inicial de aquecimento traz à operação do forno. Como parâmetro de medida do seu bom funcionamento, considerou-se a uniformidade das temperaturas e da distribuição de calor na superfície submetida ao aquecimento. O fornecimento constante e bem distribuído de calor é um dos requisitos para o projeto desse tipo de equipamento; por este motivo, foi avaliado como a modificação de parâmetros do sistema pode influenciar os resultados obtidos. Esta análise foi realizada com a utilização do Método das Radiosidades para calcular o fluxo radiante em todas as faces do sistema, aqui tratado como cavidade radiante, com fluido não participante. Com isso, foi possível avaliar o desenvolvimento do processo de aquecimento do forno, observando também o impacto da variação de propriedades, como a capacidade térmica das paredes e a condutividade térmica, influenciam no processo de aquecimento do forno. Como resultado, a modificação do parâmetro de condutividade gera menores diferenças de temperatura no sistema; já o aumento da capacidade térmica, além de aumentar as diferenças de temperatura, também aumenta o tempo necessário para que o regime estacionário seja atingido. Entretanto, apesar desses parâmetros apresentarem influência significativa durante o período transiente, quando o regime permanente é atingido, as diferenças se reduzem e os resultados convergem a um mesmo valor.

The present work proposes the realization of a transient analysis of the heating process of a filamento oven, starting from the ambient condition until reaching the permanent regime. Based on a pre-developed filament geometry, generated by reverse analysis, in steady state, this work aims to analyze the implications that the initial stage of heating brings to the operation of the oven. As a measure of its good functioning, the uniformity of temperatures and the distribution of heat on the surface under heating was considered. The constant and well distributed supply of heat is one of the requirements for the design of this type of equipment; For this reason, it was evaluated how the modification of system parameters can influence the results obtained. This analysis was performed using the Radiosity Method to calculate the radiant flux in all the faces of the system, here treated as radiant cavity, with non-participating fluid. With this, it was possible to evaluate the development of the furnace heating process, also observing the impact of the variation of properties, such as the thermal capacity of the walls and the thermal conductivity, influence the oven heating process. As a result, the modification of the conductivity parameter generates lower temperature differences in the system; Already the increase of the thermal capacity, besides increasing the temperature differences, also increases the time necessary for the steady state to be reached. However, although these parameters present significant influence during the transient period, when the permanent regime is reached, the differences are reduced and the results converge to the same value.