Modelagem e análise dinâmica da incorporação do processo de produção de hidrogênio no setor sucroalcooleiro

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Llerena Pizarro, Omar Rosendo [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática; Análise dinâmica; Produção de hidrogênio; Reforma de etanol; Setor sucroalcooleiro; Mathematical modeling; Dynamic analysis; Hydrogen production; Ethanol reforming; Sugar and alcohol industry
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/150361

O processo de reforma a vapor de etanol produz normalmente um gás composto principalmente por hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), fato que faz necessário inserir uma etapa de purificação para produção de hidrogênio puro. A tentativa de melhoria dessas tecnologias (reforma a vapor de etanol e purificação) tem motivado pesquisas centradas unicamente na concepção dos reatores, dando pouca atenção a sua modelagem matemática e a análise dinâmica aplicada ao controle. O controle do processo deve lidar com as não linearidades presentes na dinâmica do reformador e ser capaz de satisfazer a demanda de hidrogênio necessária em uma célula a combustível (CC), mantendo baixo ou eliminando o monóxido de carbono em vista da possibilidade de contaminação do eletrólito, que depende do tipo de tecnologia empregada. Neste trabalho estuda-se a modelagem matemática e análise dinâmica visando o controle do processo de reforma a vapor de etanol para a produção de hidrogênio puro, considerando também a etapa de purificação (reator catalítico + membrana de separação). Para a modelagem considera-se a aplicação das equações do balanço de massa e do balanço de energia (modelos). O modelo do processo é não linear e é representado por equações diferenciais parciais (PDE), as quais são convertidas em equações diferenciais ordinárias (ODE) pelo método de diferenças finitas antes de serem resolvidas. Para a análise dinâmica é realizado o cálculo dos pontos de equilíbrios e dos fatores de estabilidades, características essenciais que revelam se o sistema é estável ou não. Conclui-se das simulações que os modelos utilizados (EDO) tornaram possível observar o comportamento dinâmico do processo como um todo. No caso do reator catalítico observou-se como as concentrações de hidrogênio vão aumentando e as de água e etanol vão diminuindo, conforme os gases de síntese vão passando pelo reformador. Pode-se observar ainda da análise dinâmica, que o processo estudado tem um ponto de equilíbrio estável para um intervalo lógico de entradas de etanol e água, o que faz deste um sistema controlável.