Análise energética e exergética de diferentes processos de disposição/aproveitamento

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Palacios-Bereche, Milagros Cecilia
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121771
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Silvia Azucena Nebra
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spelling Análise energética e exergética de diferentes processos de disposição/aproveitamentoVINHAÇABIODIGESTÃOCONCENTRAÇÃOEXERGIAINCINERAÇÃOVINASSEBIODIGESTIONCONCENTRATIONEXERGYINCINERATIONPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA - UFABCOrientadora: Profa. Dra. Silvia Azucena NebraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, Santo André, 2019.No processo de produção de etanol gera-se a vinhaça como produto de fundo das colunas de destilação, sendo o principal efluente das destilarias. A vinhaça possui características que fazem dela um agente poluidor, com uma natureza ácida e corrosiva, e elevada DBO. Além disso, é um resíduo produzido em grandes quantidades (10 - 15 l vinhaça/l etanol produzido), sendo éste o principal problema para sua disposição. O objetivo deste estudo é analizar duas possibilidades de disposição deste resíduo com aproveitamento energético. A primeira proposta consiste na concentração da vinhaça com sua queima subsequente na caldeira do sistema de cogeração. A segunda proposta considera a produção de biogás a partir da biodigestão anaeróbia da vinhaça, com queima do biogás produzido na caldeira do sistema de cogeração. As avaliações foram realizadas mediante análise energética (balanços de massa e energia do processo incluindo o potencial de produção de eletricidade e bagaço excedente no sistema de cogeração), análise exergética (cálculo de irreversibilidades e eficiências exergéticas em cada subsistema do processo), e análise econômica (cálculo de indicadores de viabilidade: VPL, TIR e payback). Além disso, uma análise de sensibilidade foi realizada para analisar a influência de algumas variáveis do processo na produção de eletricidade excedente e na viabilidade econômica do projeto (VPL). A análise energética apontou um maior excedente de bagaço para o caso da biodigestão (65,9% maior em comparação ao caso da concentração + incineração) quando foram consideradas turbinas de contra-pressão no sistema de cogeração. Por outro lado, quando foram assumidas turbinas de extração-condensação, o caso de concentração + incineração apresentou o maior ganho em eletricidade excedente, porém, este ganho não foi significativo (3,7% maior que o caso com biodigestão). A análise econômica indicaria o caso de concentração + incineração como a melhor opção, para ambas as configurações do sistema de cogeração, por apresentar um VPL e TIR positivos, além de um período de payback menor à vida útil considerada (2,9 e 7,9 anos, para as Configurações 1 e 2, respectivamente, contra 15 anos de vida útil), para as considerações assumidas no estudo. No entanto, esses valores podem-se ver afetados pelo custo de investimento e pelos preços da eletricidade e bagaço, principalmente, de acordo com a análise de sensibilidade. No entanto, a biodigestão é uma tecnologia que está tendo aceitação na atualidade, e seu acoplamento com outras tecnologias (como purificação do biogás para produção de biometano, ou concentração da vinhaça digerida para reduzir o volume) poderia aumentar as vantagens desta rota.In the ethanol production process the vinasse is generated as the bottom product of the distillation column, and is the main effluent of distilleries. The characteristics of vinasse can turn this effluent into a polluting agent, such as an acidic and corrosive nature, and a high BOD. Besides, this residue is produced in great quantities (10 ¿ 15 l vinasse/l produced ethanol), being this the main problem for its disposition. The objective of this study is the analysis of two disposal possibilities of this residue, aiming at its energy use. The first proposal consist in the concentration of vinasse with its subsequent incineration in the boiler of the cogeneration sysem. In the second proposal, the production of biogas from the anaerobic biodigestion of vinasse is considered with the burning of the produced biogas in the boiler of the cogeneration system. The evaluations were performed through energy analysis (mass and energy balances of the process, including the production potential of electricity and bagasse surpluses in the cogeneration system), exergy analysis (calculation of irreversibilities and exergy efficiencies of each sub-system of the overall productive process), and economic analysis (calculation of viability indexes: NPV, IRR and payback). Furthermore, a sensitivity analysis was performed to analyse the influence of some process variables on the surplus electricity production and the economic viability (NPV). The energy analysis indicated a higher surplus bagasse for the biodigestion case (65.9% higher in comparison to the concentration + incineration case) when back-pressure steam turbines were considered in the cogeneration system. On the other hand, when extraction-condensing steam turbines were considered, the concentration + incineration case presented a higher gain in surplus electricity; however, this gain was not significant (3.7% higher than the biodigestion case). The economic analysis indicated the concentration + incineration case as the best option, in both of the cogeneration system configurations considered, since the NPV and IRR were positive values. Furthermore, its payback period resulted lower than the useful life considered (payback of 2,9 and 7.9 years, for Configurations 1 and 2, respectively, against 15 years of useful life), for the assumptions considered in this study. Nevertheless, the values obtained can be affected by the investement cost and the electricity and bagasse selling prices, mainly, according to the sensitivity analysis. Notwithstanding, the biodigestion is a technology that is nowadays being well received, and its coupling with other technologies (such as biogas upgrading for methane production, or concentration of biodigested vinasse for volume reduction) could raise the advantages of this route.Nebra, Silvia AzucenaSilva, Marcelo Modesto daPalacio, José Carlos EscobarPalacios-Bereche, Milagros Cecilia2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf231 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121771http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121771&midiaext=78437http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121771&midiaext=78438Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121771porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-18T16:49:06Zoai:BDTD:121771Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-18T16:49:06Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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