Energetic and exergetic analysis of biomass gasification

• Autor(a) principal: Couto, Nuno Tiago Dinis
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10348/4370
• topic: Gasificação; Exergia; CFD; Gasificador semi-industrial

A crescente preocupação energética, económica e ambiental obriga a uma utilização eficiente dos recursos energéticos naturais. Recursos energéticos renováveis poderão ser um bom substituto aos combustíveis fósseis que estão a ser consumidos rapidamente. Atualmente, biomassa e biocombustíveis estão a ser considerados devido às suas características não poluentes e às suas capacidades de fornecimento de energia. Uma das preocupações mais urgentes em relação ao uso da biomassa como energia renovável é o aumento da sua eficiência energética e principalmente a sua eficiência exergética. De forma a melhorar a eficiência exergética é necessário melhorar o processo de gasificação, criando modelos numéricos que otimizem o seu design e as suas condições operatórias. Seguindo este raciocínio, a presente tese realiza uma revisão exergética e de seguida um modelo numérico é apresentado para a otimização das condições operacionais de forma a melhorar a eficiência do processo de gasificação. O primeiro capítulo desta tese apresenta uma revisão dos artigos existentes na análise de exergia da gasificação da biomassa. Muita atenção foi dada à produção de hidrogénio a partir do processo de gasificação e à tecnologia da gasificação de carvão integrada com o uso de uma célula de combustível (SOFC). Na maioria das análises exergéticas realizadas, a gasificação foi considerada como o processo termodinâmico principal. Adicionalmente, os modelos exergoeconómicos permitem combinar economia com termodinâmica de forma a atingir uma avaliação conjunta. Uma das mais populares estratégias para desenvolver análises exergoeconomicas é o método SPECO. O método SPECO apresenta de uma forma geral, sistemática e simples uma aproximação para o desenvolvimento das eficiências energéticas de um sistema térmico e os seus respetivos componentes. A necessidade deste tipo de investigações é devida à falta de informação nas análises exergéticas da gasificação da biomassa. De forma a otimizar as condições operatórias do processo de gasificação da biomassa foi desenvolvido um modelo numérico com base na estrutura CFD. Este modelo consiste num modelo computacional de 2 dimensões que descrevia o processo de gasificação da biomassa num gasificador de leito fluidizado usando cascas de café com o auxílio do código comercial FLUENT. Ambas as fases, sólida e gasosa, foram descritas usando uma aproximação Euleriana-Euleriana havendo troca de massa, energia e de momento. Resultados do modelo numérico foram depois comparados com resultados experimentais. O estudo foi realizado numa central semi-industrial instalada no parque industrial de Portalegre baseada na tecnologia de leito fluidizado, com uma capacidade de processo de 70 Kg/h e operando à volta de 800 °C. Os testes foram realizados continuamente durante vários dias, usando diferentes resíduos de forma a otimizar a composição do syngas produzido. Resultados obtidos apresentam boa concordância com os experimentais.