Estudo da pirólise do bagaço da cana-de-açucar em leito de jorro: modelagem, simulação e otimização CFD.

• Main Author: FERREIRA, Alysson Dantas.
• Publication Date: 2023
• Format: Doctoral thesis
• Language: por
• Source: Repositório Institucional da UCB
• Download full: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/33545
• topic: DoE; OpenFOAM; Euleriano; Lagrangiano; Eulerian; Lagrangian; Engenharia de Processos

O Brasil ´e o maior produtor mundial de cana-de-a¸c´ucar e seu baga¸co ´e uma importante fonte de biomassa, capaz de ser convertida em energia renov´avel atrav´es de processos como a pir´olise. O desenvolvimento de modelos matem´aticos que a representem ´e essencial na otimiza¸c˜ao desse processo. Nesse sentido, este trabalho avaliou como a localiza¸c˜ao da inje¸c˜ao das part´ıculas de biomassa e como os parˆametros operacionais afetam as taxas de convers˜ao das rea¸c˜oes de pir´olise em um leito de jorro. Para isso, foi proposto um modelo em CFD com abordagem Euleriano-Lagrangiano, no qual foi simulado usando o OpenFOAM. Inicialmente, simulou-se a pir´olise de ´unica part´ıcula com um mecanismo cin´etico semiglobal de dois estagio. Posteriormente, alterou-se o mecanismo cin´etico para considerar a composi¸c˜ao da biomassa. Em uma terceira etapa, simulou-se apenas o comportamento do leito de part´ıcula inerte. Essas trˆes etapas validaram o modelo proposto. De posse dessa modelagem, explorou-se diferentes localiza¸c˜oes de entrada de biomassa e com base na melhor configura¸c˜ao geom´etrica, realizou-se um planejamento fatorial num´erico do tipo 2k para investigar a influˆencia da temperatura do g´as, velocidade do g´as e diˆametro das part´ıculas de biomassa na rea¸c˜ao de pir´olise. Os resultados num´ericos foram confrontados e validados com dados experimentais reportados pela literatura. Referente a configura¸c˜ao geom´etrica do reator, identificou-se a entrada pr´oxima `a base do equipamento a que apresentou o melhor resultado. Quanto ao DoE, observou-se que a temperatura e o diˆametro das part´ıculas apresentam uma forte influˆencia no comportamento das rea¸c˜oes. Por fim, o cen´ario de maior convers˜ao de biomassa foi obtido para uma temperatura de 600°C, uma velocidade de 142 m/s e um diˆametro de biomassa de 1,0x10−3 m, no qual foi encontrado uma convers˜ao de 84,35 %.