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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:102602 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Brito, Andressa Lodi de |
| Contributors | Silva, Marcelo Modesto da, Pérez, Silvia Azucena Nebra de, Balestieri, José Antonio Perella |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 127 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=102602&midiaext=72775, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=102602&midiaext=72774, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=102602 |
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