Orientador: Ivonete Ávila / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Fernando Eduardo Milioli / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo de equilíbrio químico modificado para determinar a composição do syngas (gás de síntese), obtida a partir da gaseificação da biomassa em gaseificadores de leito fluidizado. Para este estudo, foi aplicado um processo de otimização para determinar os fatores de correção (que modificam as constantes de equilíbrio químico), a eficiência de conversão de carbono e a entalpia da reação. Os agentes de gaseificação considerados foram ar, vapor, ar-vapor e ar-vapor-oxigênio. No método de otimização foram utilizados os multiplicadores de Kuhn-Tucker para obter pequenos erros RMS. Foram selecionadas 76 composições experimentais de syngas. Entre estas composições, 60 foram utilizadas para obter correlações para o fator de correção, a eficiência de conversão do carbono e a entalpia da reação. Em seguida, um modelo de equilíbrio químico modificado foi elaborado selecionando estas correlações. O modelo de equilíbrio químico modificado foi validado mostrando uma boa precisão para a determinação da composição do syngas, obtendo-se erros RMS entre 0,94 e 4,84 / Abstract: This work aims to develop a modified chemical equilibrium model to accurately determine the syngas (synthesis gas) composition, as obtained from fluidized bed gasifiers. In order to do so, an optimization process was applied to determine the correction factors (which modify the chemical equilibrium constants), the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. The gasification agents considered were air, steam, air-steam, and air-steam- oxygen. The optimization method were used the Kuhn-Tucker multipliers in order to obtain small RMS errors. A total of 76 experimental compositions of syngas were selected. Among these data, 60 were used to obtain correlations for the correction factor, the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. Then, a modified chemical equilibrium model was developed by selecting these correlations. The modified chemical equilibrium model was validated showing very good accuracy for the determination of the syngas composition, the RMS error were found to be in the between 0.94 and 4.8 / Mestre

No presente trabalho são empregadas ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) como base à criação de uma rede de reatores equivalente para o estudo de um reator de leito fluidizado borbulhante em escala piloto pertencente à CIENTEC-RS, empregado para a gaseificação de carvão das minas de Candiota-RS. Inicialmente, foram conduzidas simulações fluidodinâmicas em meio reacional gasoso (utilizando metano e ar) para análise do comportamento do escoamento no gaseificador. A partir de medições do equipamento real e dados de projeto do mesmo foi implementada no software CFX 13.0 a geometria do reator e foram realizados testes de convergência de malhas computacionais, de forma a escolher a mais apropriada para a realização das simulações em CFD. A avaliação de parâmetros como perfis de velocidade e concentrações ao longo do reator serviram para a escolha das malhas para a continuidade do estudo. Diferentes variações na geometria foram propostas, de modo a simplificá-la, reduzindo o custo computacional das simulações, porém mantendo a qualidade dos resultados. Foram, ainda, avaliados os padrões de escoamento típicos do reator, operando em fase gasosa e na presença de um leito fluidizado. De posse dos padrões de escoamentos obtidos foi proposta uma rede de reatores equivalentes – ERN (equivalent reactor network) a fim de modelar o reator da CIENTEC, empregando um modelo cinético detalhado para determinação das taxas de reação na fase gasosa. Para fins de avaliação da metodologia, conduziram-se simulações envolvendo a combustão de metano, analogamente ao estudo em CFD, e envolvendo o processo de gaseificação de carvão, com as características do obtido nas minas de Candiota. O objetivo do estudo foi avaliar os pontos cruciais no desenvolvimento de um modelo ERN e prever as características dos produtos obtidos para diferentes condições operacionais. Espera-se que este modelo seja aprimorado e usado para o melhoramento e otimização do processo, com o propósito de obter um gás de potencial energético e com características adequadas à utilização como insumo para processos carboquímicos. / In this dissertation, computational fluid dynamics (CFD) simulations were applied to develop equivalent reactor networks (ERN) for the study of a bubbling fluidized bed reactor from CIENTEC-RS, used for coal gasification. Initially, the computational geometry of the gasifier was created using the software CFX 13.0, based on field measurements and design data. Mesh convergence tests were carried out in order to choose the most appropriate for obtaining accurate solutions, using gas-phase reactions. Different variations in geometry were proposed in order to reduce the computational cost of the simulations, while maintaining the quality of the results. The simulations also evaluated the typical flow patterns of the reactor operating in the gaseous phase and in the presence of a fluidized bed. The flow patterns were used as a basis for proposing equivalent reactor networks for the CIENTEC reactor, using a detailed kinetic model to determine the reaction rates in the gas phase. For methodology evaluation purposes, simulations involving the combustion of methane were conducted, similar to the study in CFD, as well as the coal gasification process. The aim of the study was to evaluate the crucial points in the development of an ERN model and to predict the characteristics of the gaseous product streams obtained for different operating conditions. It is expected that this model can be used for the improvement and optimization of the gasification process, in order to obtain a gas with energetic potential and suitable for using it as a feedstock for carbochemical processes.

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil são na grande maioria direcionados para aterros e lixões a céu aberto, onde ocupam grandes áreas, geram transtornos relacionados ao trafego aéreo, emitem gases responsáveis pelo efeito estufa sem o devido reaproveitamento energético. Como alternativa para a minimização do passivo ambiental causado pelos RSUs e potencial reaproveitamento energético propõe-se um estudo comparativo de processos de gaseificação desses resíduos em diferentes meios gaseificantes. A modelagem e simulação dos processos foram feitas aplicando-se o método de minimização da energia livre de Gibbs não estequiométrica. Considerou-se a quantidade de resíduo sólido urbano destinado da sub-região de Campo Limpo - São Paulo - e a sua composição representativa expressa pelo método ultimate-analysis. O processo de gaseificação foi implementado em simulador de processo e o estudo se concentrou nas etapas do processo de gaseificação, investigando-se a ação dos seguintes meios gaseificantes: ar, vapor e mistura ar e vapor. Os principais resultados analisados foram a composição do produto da gaseificação e o potencial energético do produto. / The major destiny of Municipal Solid Waste (MSW) in Brazil is landfill. These sites occupy large areas; most of them are open, being simply disposal areas. This situation causes several problems ranging from greenhouse gases to air traffic jeopardizing. The use of MSW in energy generation addresses these problems, once it is one of most promising solutions to MSW treatment. This work is the study of gasification from the energy potential. It was carried out through minimization of Gibbs energy in a process simulator. The MSW considered was the one from area of Campo Limpo in São Paulo city. Its composition was expressed by ultimate analysis. The use of different gasification agents included air, steam and their mixtures was analyzed. The results were HHV and composition of generated gases.

Orientador: Messias Borges Silva / Coorientador: Ronney Arismel Mancebo Boloy / Banca: José Roberto Dale Luche / Banca: José Miguel Angulo Ibáñez / Banca: Patricia Caroline Molgero de Rós / Banca: Daniela Helena Pelegrine Guimarães / Resumo: O interesse na diversificação da matriz energética por meio de fontes de energias renováveis tem promovido mudanças no âmbito nacional e internacional, em setores acadêmicos, industriais, sociais e governamentais com foco no desenvolvimento de processos biotecnológicos baseados nos três pilares da sustentabilidade: ambiental, social e econômico. Frente a esse contexto, as microalgas são consideradas uma fonte promissora alternativa para a produção de biocombustíveis por apresentarem alta taxa de crescimento e de concentração de lipídeos. O presente trabalho realizou um estudo do processo de cultivo da microalga marinha Chlorella minutíssima por meio da ferramenta DOE - Design of Experiments para maximização da sua concentração microalgal e do teor lipídico simultaneamente, além de sua caracterização termoquímica para aplicação no processo de gaseificação. O cultivo ocorreu em fotobiorreator tubular descontínuo do tipo coluna de bolhas seguindo o arranjo ortogonal L8 de Taguchi, e as variáveis de processo foram fluxo de CO2 na alimentação, concentração de nitrato, concentração de fosfato, suplementação, temperatura e salinidade. A investigação demonstrou que a concentração de nitrato e fosfato, o fluxo de gás carbônico, a suplementação do meio e a temperatura são fatores influentes na concentração microalgal e no teor lipídico, sendo a melhor configuração para maximização conjunta, utilizando-se a função desirability, com o nitrato operando em nível alto e os demais fatores em... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The interest in diversifying the energy matrix through renewable energy sources has promoted changes at the national and international levels in academic, industrial, social and governmental sectors, focused on the development of biotechnological processes based on the three pillars of sustainability: environmental, social and economic. In this context, microalgae are considered a strong promising alternative source for the production of biofuels due to their high rate of growth and lipid concentration. The present work carried out a study of the cultivation process of the marine microalgae Chlorella minutíssima using DOE - Design of Experiments to maximize the cell growth and the lipid content simultaneously, besides its thermochemical characterization for application in the gasification process. Cultivation occurred in a discontinuous-tubular photobioreactor, bubble-column type, following Taguchi L8 Orthogonal Array design, and the process variables were: CO2 feed flow rate, nitrate concentration, phosphate concentration, supplementation (metals and vitamins), temperature and salinity. Results showed that the nitrate and phosphate concentration, CO2 feed flow, supplements and temperature are influential factors in the cell growth and lipid content, and the best configuration presenting good results for simultaneous maximization, using desirability, was nitrate operating at high level and the other factors at low level. Ultimate analysis provided levels consistent with some ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-02-20T12:51:29Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2403492 bytes, checksum: 34f1e455878b6ba4294d4a10ab0c8461 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-20T12:51:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2403492 bytes, checksum: 34f1e455878b6ba4294d4a10ab0c8461 (MD5) Previous issue date: 2003-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na busca de dispositivos que convertam a energia da biomassa em energia térmica limpa, eficientemente, um sistema de gaseificação de fluxo contracorrente com combustor do gás produzido foi desenvolvido e avaliado para aquecimento direto do ar de secagem de produtos agrícolas que requerem ar quente, livre de fumaça e partículas.O sistema foi composto por um reator de gaseificação e uma câmara de combustão do gás produzido, ambos com trocadores de calor, cujo objetivo era aproveitar o calor dissipado e evitar acidentes por queimaduras. Visando diminuir danos térmicos, minimizar custos, facilitar a manutenção e simplificar a construção, partes do sistema foram construídas de alvenaria.O reator de gaseificação- combustão caracterizou-se positivamente por responder rapidamente ao reabastecimento, gaseificação contínua e regular do combustível na câmara de gaseificação, combustão ininterrupta do gás, manutenção da temperatura do ar aquecido e simplicidade nas operações do sistema.O sistema foi avaliado usando lenha de eucalipto como combustível e, também, pela variação das aberturas de 0,072, 0,092, 0,12 e 0,14 m 2 , para admissão de ar ambiente na câmara de combustão (trocador de calor 2). As vazões mássicas de ar quente variaram de 1,04 a 1,34 kg s -1 . e as temperaturas médias ficaram entre 50 e 73 oC. Na situação tomada como ideal para o funcionamento, a eficiência do sistema na primeira carga de combustível foi de 56 % no aquecimento de 1,34 kg s -1 de ar, com temperatura ambiente de 15 °C e UR de 64,7 % para 54 °C e consumo de 19,8 kg.h -1 de lenha. Na recarga, a eficiência foi de 71 % no aquecimento de 1,29 kg s -1 de ar, com temperatura ambiente de 23 °C e UR de 39,7 % para 63 °C, com consumo de 15,8 kg.h -1 de lenha. O dispositivo atendeu aos propósitos esperados, disponibilizando ar quente com as características requeridas pelos produtos agrícolas e com boa eficiência. / In the search of devices that transform the energy of biomass into clean thermal energy, an updraft gasification system with a combustor of the produced gas, was developed and evaluated for direct heating of the drying air of agricultural products. This process requires clean hot air, free from smoke and particulates. The system was composed by a gasification reactor and a combustion chamber of the produced gas, both with heat exchange, whose objective was to take advantage of the dissipated heat and also to avoid burning accidents. Seeking to decrease thermal damages, to minimize costs, to facilitate the maintenance and to simplify the construction, parts of the system were built of bricks .The gasification-combustion reactor was characterized positively by answering quickly to refills, continuous and regular gasification of the fuel in the reactors, uninterrupted combustion of the gas, maintenance of the temperature of the warm air and simplicity in the operations. the system were evaluated using eucalyptus firewood as fuel and with openings of 0,072, 0,092, 0,12 and 0,14 m 2 in the admission of ambient air in the combustion camera (heat exchange 2). The mass of heated air varied from 1,04 to 1,34 kg s -1 , and its average temperatures from 50 to 73oC. In the situation taking as ideal for the operation, the efficiency of the system, for first fuel load, was of 56%, heating 1,34 kg s -1 of air with ambient temperature from 15 °C and RH 64,7% up to 54 °C, with consumption of 19,8 kg.h -1 of firewood. Recharging the unit its efficiency raised up to 71%, heating 1,29 kg s -1 of air from ambient temperature of 23 °C and RH 39,7% to 63 °C, consuming 15,8 kg.h -1 of firewood. The device achieves expected performance, providing hot air with desired characteristics required for drying agricultural products with good efficiency. / Dissertação importada do Alexandria

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-05-30T17:47:01Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1004713 bytes, checksum: 59eca875a06167b035142faaf23cc55a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T17:47:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1004713 bytes, checksum: 59eca875a06167b035142faaf23cc55a (MD5) Previous issue date: 2005-08-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Dentre as formas de conversão da biomassa em energia térmica, a gasificação apresenta-se como promissora. É o processo no qual, devido à restrição no fornecimento do ar para a combustão completa do combustível, permite apenas a oxidação parcial a elevadas temperaturas e se tem, como conseqüência, a produção de um gás combustível. Neste trabalho ensaiou-se um gasificador de biomassa de fluxo concorrente de pequena escala, ao qual foi acoplada uma câmara de combustão dos gases visando à geração de ar quente limpo, que pode ser usado para secagem de produtos agrícolas, por exemplo. Foram realizados balanços de massa e energia do sistema e feita a comparação de sua eficiência térmica e global com as de fornalhas de fogo indireto. O dimensionamento foi feito usando-se os balanços de massa e energia para a potência estimada do gasificador. O combustível utilizado foi a lenha de eucalipto, em pedaços de diâmetro 6 ± 2 cm e comprimento 15 ± 5cm. Foram realizados cinco testes para avaliação do sistema. Os testes apresentaram uma duração média de 2h 10 min, e tempo médio de geração de gás de qualidade de 1h 50 min. Cerca de 2 a 3 minutos são necessários para gerar gases combustíveis e 20 minutos para atingir as condições ideais de funcionamento, em regime permanente. Os principais resultados foram: as temperaturas indicadas pelos termopares nas distintas zonas do reator foram as esperadas, isto é, da mesma ordem de grandeza daquelas obtidas por outros pesquisadores, conforme cita a literatura; o sistema gasificador/combustor apresentou eficiência térmica média para de 47,48%, consumo médio de 27,94 kg.h-1de lenha, umidade relativa do ar média de 74,15 %, velocidade do ar primário no reator de 0,85 m.s-1 e fator de ar médio de 40,91%; a eficiência global média do sistema foi de 75,77%, fato que nos permite concluir que há potencial de se melhorar esta eficiência e conseqüentemente, a eficiência térmica do conjunto reator/gasificador, com o uso de recuperadores de calor, etc; a eficiência global do sistema mostrou ser crescente a medida em que a duração dos testes aumentava, ou seja, quanto maior a duração do teste menor a perda, fato este relacionado à inércia térmica do sistema; o modelo quadrático foi o que melhor pode representar a eficiência do sistema em termos do fator de ar, por meio da equação Y = -25,101+3,3575X 0,0378X2, com R2 = 0,4284, sendo altamente significativo a 1% de probabilidade de erro; por meio da equação ajustada, o ponto de máxima eficiência técnica para a eficiência térmica foi de 49,45 %, para um fator de ar de 44,41 %; quando comparada com as fornalhas à lenha de fogo indireto, o sistema de gasificação de biomassa apresentou eficiência térmica superior as citadas pela literatura; o gradiente de temperatura entre o ar ambiente e o ar de secagem foi, em média de 74,94oC, o que pode ter contribuído para aumento das perdas pelo sistema; o reabastecimento do reator, feito com o sistema em pleno funcionamento, permite estabilidade e continuidade operacional do sistema; o sistema apresentou produção contínua e regular de gás para combustão, o que permitiu manter a geração de ar quente estável. Finalmente concluiu-se também que um sistema composto por um reator para gasificação de biomassas, de fluxo concorrente, acoplado a uma câmara para combustão dos gases, é capaz de gerar ar quente para a secagem de produtos agrícolas, isento de fumaça e impurezas, competindo com os métodos tradicionais de geração de calor. / O autor não apresentou resumo e título em inglês. Não foi localizado seu cpf. A versão impressa não confere totalmente com a digital.

No presente trabalho são empregadas ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) como base à criação de uma rede de reatores equivalente para o estudo de um reator de leito fluidizado borbulhante em escala piloto pertencente à CIENTEC-RS, empregado para a gaseificação de carvão das minas de Candiota-RS. Inicialmente, foram conduzidas simulações fluidodinâmicas em meio reacional gasoso (utilizando metano e ar) para análise do comportamento do escoamento no gaseificador. A partir de medições do equipamento real e dados de projeto do mesmo foi implementada no software CFX 13.0 a geometria do reator e foram realizados testes de convergência de malhas computacionais, de forma a escolher a mais apropriada para a realização das simulações em CFD. A avaliação de parâmetros como perfis de velocidade e concentrações ao longo do reator serviram para a escolha das malhas para a continuidade do estudo. Diferentes variações na geometria foram propostas, de modo a simplificá-la, reduzindo o custo computacional das simulações, porém mantendo a qualidade dos resultados. Foram, ainda, avaliados os padrões de escoamento típicos do reator, operando em fase gasosa e na presença de um leito fluidizado. De posse dos padrões de escoamentos obtidos foi proposta uma rede de reatores equivalentes – ERN (equivalent reactor network) a fim de modelar o reator da CIENTEC, empregando um modelo cinético detalhado para determinação das taxas de reação na fase gasosa. Para fins de avaliação da metodologia, conduziram-se simulações envolvendo a combustão de metano, analogamente ao estudo em CFD, e envolvendo o processo de gaseificação de carvão, com as características do obtido nas minas de Candiota. O objetivo do estudo foi avaliar os pontos cruciais no desenvolvimento de um modelo ERN e prever as características dos produtos obtidos para diferentes condições operacionais. Espera-se que este modelo seja aprimorado e usado para o melhoramento e otimização do processo, com o propósito de obter um gás de potencial energético e com características adequadas à utilização como insumo para processos carboquímicos. / In this dissertation, computational fluid dynamics (CFD) simulations were applied to develop equivalent reactor networks (ERN) for the study of a bubbling fluidized bed reactor from CIENTEC-RS, used for coal gasification. Initially, the computational geometry of the gasifier was created using the software CFX 13.0, based on field measurements and design data. Mesh convergence tests were carried out in order to choose the most appropriate for obtaining accurate solutions, using gas-phase reactions. Different variations in geometry were proposed in order to reduce the computational cost of the simulations, while maintaining the quality of the results. The simulations also evaluated the typical flow patterns of the reactor operating in the gaseous phase and in the presence of a fluidized bed. The flow patterns were used as a basis for proposing equivalent reactor networks for the CIENTEC reactor, using a detailed kinetic model to determine the reaction rates in the gas phase. For methodology evaluation purposes, simulations involving the combustion of methane were conducted, similar to the study in CFD, as well as the coal gasification process. The aim of the study was to evaluate the crucial points in the development of an ERN model and to predict the characteristics of the gaseous product streams obtained for different operating conditions. It is expected that this model can be used for the improvement and optimization of the gasification process, in order to obtain a gas with energetic potential and suitable for using it as a feedstock for carbochemical processes.

Orientador: Prof° Dr. Marcelo Modesto da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016. / Existe um crescente interesse mundial pelo uso de biocombustíveis devido à preocupação com impactos ambientais provenientes do uso de fontes não-renováveis, além da busca por diversificação da matriz e redução da dependência em relação aos combustíveis fósseis. Diante desse contexto, destaca-se a biomassa de cana-de-açúcar, que pode ser aproveitada nas usinas para atender as demandas elétrica e térmica do processo. No Brasil quase todas as usinas sucroalcooleiras são autossuficientes em energia térmica, mecânica e elétrica, mas geralmente estes sistemas de cogeração possuem baixa eficiência. No que se refere a novas tecnologias de geração de energia, a gaseificação do bagaço, integrada a um ciclo combinado, se apresenta como uma alternativa promissora para aumentar a eficiência de geração de energia elétrica. Assim sendo, o objetivo principal desta dissertação foi desenvolver um módulo computacional para a simulação do comportamento termodinâmico de sistemas de cogeração BIGCC (Biomass Integrated Gasification Combined Cycle) através da metodologia de análises energética, exergética e custo exergético. A etapa inicial foi executada descrevendo-se um breve panorama do setor sucroalcooleiro brasileiro e uma visão geral do processo de gaseificação. A implementação de um modelo de equilíbrio químico não estequiométrico através da minimização da Energia Livre de Gibbs, utilizando o método dos Multiplicadores de Lagrange, foi realizada no software EES®, bem como versões modificadas desse modelo incluindo a quantidade de carbono não convertido e fração de metano, através do uso de equações empíricas de modo a melhorar os resultados do modelo. Os resultados obtidos foram comparados com outros trabalhos da literatura e mostraram boa concordância. Comparou-se também com simulações realizadas no software Thermoflex®, obtendo bons resultados. A modelagem também foi realizada no software EMSO. Em seguida, realizou-se a implementação de um ciclo de potência BIGCC em quatro etapas: a implementação da configuração proposta no softwareThermoflex® para a realização dos balanços de massa e energia; aplicação da mesma configuração no software EES® para validação e inserção das análises exergética e de custo exergético, utilizando modelo de equilíbrio puro; implementação do modelo modificado para comparação dos resultados e, por fim, simulação com inserção de palha ao gaseificador. / There is a growing interest worldwide for the use of biofuels due to concerns about environmental impacts from the use of non-renewable energies, and the search for diversification of the energy matrix and reducing dependence on fossil fuels. In this context, there is biomass sugarcane, which can be utilized in power plants to meet the electrical and thermal demands of the process. In Brazil almost all sugar and ethanol mills are self-sufficient in thermal, mechanical and electrical energy, but usually these cogeneration systems have low efficiency. With regard to new power generation technologies, gasification of bagasse, integrated with a combined cycle, is presented as a promising alternative to increase the efficiency of power generation. Therefore, the main objective of this thesis was to develop a computer module for the simulation of thermodynamic behavior of BIGCC cogeneration systems (Biomass Integrated Gasification Combined Cycle) using the methodology of energy, Exergy and exergetic cost analysis. The initial step was performed by describing a brief overview of the Brazilian sugar and alcohol sector and an overview of the gasification process. The implementation of a non-stoichiometric chemical equilibrium model by minimizing the free energy of Gibbs, using the method of Lagrange multipliers, was held at EES® software, as well as modified versions of this model including the amount of unconverted carbon and methane fraction, through the use of empirical equations to improve the model results. The results obtained were compared with other work from literature and shown good agreement. It is also compared with simulations in Thermoflex® software, getting good results. The modeling was also performed in EMSO software. Then, the implementation of a BIGCC power cycle in four steps are carried out: the implementation of the proposed configuration in Thermoflex® software for the realization of mass and energy balances; application of the same configuration in EES® software for validation and integration of Exergy and exergetic cost analysis using pure equilibrium model; implementing the modified model to compare the results and finally simulation with straw inserting the gasifier.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-24. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:24:14Z : No. of bitstreams: 1 000832562.pdf: 3624875 bytes, checksum: d21e3aeecb27b00f8db35e4b25d45d1f (MD5) / Os níveis significativamente elevados dos subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no processamento da cana-de-açúcar oferecem um potencial atrativo para o uso de sistemas que utilizem um gaseificador de biomassa integrado a um ciclo combinado (BIG - GTCC). Neste trabalho propõe-se estudar a incorporação do processo de gaseificação de biomassa para uso em sistema de cogeração com ciclo combinado aplicado ao setor sucroalcooleiro. Foram realizados estudos energéticos, econômicos e ecológicos da incorporação do sistema BIG - GTCC como alternativa para o aumento da oferta de produção de eletricidade em uma típica indústria sucroalcooleira do Brasil. Propõe-se o suo de uma tecnologia de pré-tratamento do bagaço para superar os problemas técnicos existentes ao alimentar, de forma contínua, o reator de gaseificação de bagaço. Na análise econômica, determina-se, inicialmente, o custo de produção de gás de síntese, permitindo alocar os custos de produção de eletricidade, energia mecânica e calor de processo no sistema proposto, considerando três configurações. Na etapa final, são determinadas as emissões de poluentes, o dióxido de carbono equivalente, o indicador de poluição e a eficiência ecológica da planta utilizando o processo de gaseificação com ciclo combinado ao setor. Conclui-se que a aplicação do processo de gaseificação apenas do excedente de bagaço em fluxo de arraste com pré-tratamento de torrefação apresenta-se como a melhor das opções propostas, tanto do ponto de vista termodinâmico, como do econômico e do ecológico / The significantly elevated levels of byproducts (bagasse and trash) currently available in the sugar cane industries offer an attractive potential for the use of the BIG - GTCC in the sugar industry. This work aims to make an energetic, economic and ecological studies of the BIG -GTCC (Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine Combined Cycle) system incorporation in the sugar cane industry, as an alternative to increase the levels of electricity generation in this sector. A new technology for the bagasse pre-treatment is proposed in order to overcome the technical problems observed during the continuous feeding of gasifier with sugarcane bagasse as a setting for coupling the gasifier with the sugarcane mill. An energetic analysis of the proposed system was performed. The study also identified the production cost of the synthesis gas, as well as allocated the electricity, heat, and mechanical energy production cost in the proposed system, considering the three studied cases. In the final phase, the pollutant emissions, the carbon dioxide equivalent, the pollution indicator, and the ecological efficiency of the incorporation of the cogeneration process with combined cycle in the traditional Brazilian sugar industries were determined. The main result of the study was that the application of the configuration, where only the surplus bagasse of the conventional plant is gasified in an entrained flow reactor, after pretreatment of the bagasse through a torrefaction process, appears to be economically, ecologically, and technically the best of the proposed options

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-30Bitstream added on 2014-12-02T11:21:15Z : No. of bitstreams: 1 000798880.pdf: 1604138 bytes, checksum: 0bac43d696a76f30babea284c17c75c9 (MD5) / A cogeração tem uma grande aceitação no setor sucroalcooleiro, pois o combustível empregado (bagaço ou palha de cana) é um subproduto de fabricação. Tais sistemas geram potência mecânica ou elétrica e vapor, que são utilizados no próprio processo industrial. Porém, este tipo de geração de energia no setor encontrase muito aquém de seu potencial. Uma das alternativas tecnológicas que poderá vir a melhorar a oferta de excedentes do setor sucroalcooleiro é o uso de gaseificadores de biomassa associados a ciclos combinados. Este trabalho se baseia em dados reais de uma Usina Sucroalcooleira que utiliza o processo de cogeração com turbina a vapor de condensação com duas extrações. A partir de modificações no processo da usina, foram estudados os benefícios da integração da tecnologia de gaseificação em leito fluidizado associada a ciclo combinado. Para efeito de análise da incorporação desta configuração, construiuse, inicialmente, um modelo energético dos equipamentos que compõem o sistema de cogeração, tendo como variável de decisão a quantidade de biomassa processada pela usina. Posteriormente, realizouse o estudo exergético do sistema. A partir de uma abordagem econômica dos equipamentos, foi possível realizar o estudo exergoeconômico que se baseia no Método da Análise Funcional Termoeconômica desenvolvido por Frangopoulos (1983). Foi possível avaliar a viabilidade desta tecnologia para o setor sucroalcooleiro brasileiro permitindo gerar inovações na cadeia produtiva do etanol e corroborando para o desenvolvimento do setor e para o aumento da oferta de eletricidade no país / The cogeneration has a wide acceptance in the sugarcane industry, because the fuel used (sugarcane bagasse or straw) is a byproduct of the manufacturing process. Such systems generate electrical or mechanical power and steam, which are used in the industrial process itself. However, this type of power generation is far below its potential. One of the technological alternatives which may improve the supply of surplus to the sugarcane sector is the use of biomass gasifiers associated with combined cycles. This work is based on real data from a sugar and alcohol plant that uses the process of cogeneration with condensing steam turbine with two extractions. From the plant process modifications, the benefits of integration of fluidized bed gasification technology associated with combined cycle were studied. For purposes of analysis of the incorporation of this technology, initially built up an energy model of equipment that compose the cogeneration system, having the amount of biomass processed by the plant as a decision variable. Subsequently, we carried out the study of the exergetic system. From an economic approach of the equipment, it was possible to perform the exergeticeconomic study that is based on the Thermoeconomic Functional Analysis Method developed by Frangopoulos (1983). It was possible to assess the viability of this technology for the Brazilian sugarcane sector allowing to generate innovations in the ethanol production chain and supporting the development of the sector and to increase the supply of electricity in the country