Análise exergética e otimização econômica do processo de produção de biodiesel a partir da mistura de óleo residual e de microalgas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sagai, Daniela Yumi, 1988-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/64660
Resumo: Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho Vargas
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spelling Sagai, Daniela Yumi, 1988-Balmant, Wellington, 1982-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEVargas, José Viriato Coelho, 1958-2021-06-09T20:01:24Z2021-06-09T20:01:24Z2019https://hdl.handle.net/1884/64660Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCoorientador: Dr. Wellington BalmantDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 06/08/2019Inclui referências: p. 117-120Resumo: Com a alta demanda por energia, às oscilações nos valores no mercado internacional do petróleo e as questão ambientais relacionadas à queima de combustíveis fósseis, surgiu-se a necessidade da busca por novas fontes alternativas na produção de combustíveis obtendo o biodiesel. Usualmente, utilizase para a produção desse biocombustível, óleos vegetais ou gorduras animais, entretanto em alguns casos a mistura dessas fontes pode ser interessante, levando a diminuição de custos ou melhora em alguma característica do biodiesel. Contudo, a utilização dos óleos vegetais ou gorduras animais, se comparada ao diesel de petróleo, não é competitiva, dessa maneira, meios de melhorias e otimizações dos processos de biodiesel se tornam interessantes. Nesse contexto, o objetivo principal deste estudo é a análise exergética e a otimização econômica do processo de produção do biodiesel a partir da mistura de óleo residual e de microalgas. Para isso, realizou-se o estudo de dois sistemas de produção de biodiesel. Para o primeiro sistema, desenvolveu-se um modelo matemático no qual considera as etapas de geração de vapor, aquecimento das matérias primas e reação. Desse modelo obtiveram-se os dados de vazões mássicas e exergia destruída e, a partir desses resultados, elaboraram-se duas funções objetivo, sendo a primeira a razão de exergia destruída do sistema pela quantidade de éster produzido e a segunda, o lucro do sistema em função da quantidade de éster produzido. Dessas funções objetivo, foi possível estabelecer um ponto ótimo de operação para este sistema, no qual minimiza a exergia destruída e maximiza o lucro obtido em função do éster produzido na reação. Para o segundo sistema, desenvolveu-se um modelo matemático no qual considera as mesmas etapas do sistema anterior, mas com adição da etapa de recuperação do reagente em excesso e, analisou 2 arranjos diferentes para a etapa da reação, considerando 1 reator e dois reatores em série. Para o caso do arranjo de dois reatores em série, estabeleceu-se duas condições de operação, a primeira fixou uma proporção molar de metanol em função das vazões de alimentação de óleo para 6, 7, 8, 9 e 10 mols e a segunda condição, fixou o rendimento da reação de transesterificação do reator 1 em 75, 80, 85 e 90%. Dos resultados obtidos, criaram-se duas funções objetivo, a primeira consiste na obtenção do lucro em função da vazão mássica de óleo e a segunda no lucro considerando a exergia destruída no sistema pela vazão mássica de óleo. Essas funções objetivo foram avaliadas juntamente com a análise paramétrica da composição da mistura do óleo, que considera a porcentagem de 0, 1, 2, 3, 4 e 5% de óleo de microalgas na mistura. Dessa avaliação, determinou-se que para este sistema, o arranjo para dois reatores em série com a condição de 85% de rendimento para a reação de transesterificação no reator 1 é a que gera maior lucro no sistema, considerando a exergia destruída. Palavras-chave: Análise exergética, análise econômica, biodiesel, óleo de microalgas e óleo residual.Abstract: The high demand for energy, oscillations in the international oil market and environmental issues related to the burning of fossil fuels, the need arises to search for alternative sources in the production of fuels, such as biodiesel. Usually, vegetable oils and animal fats are used for biodiesel production, however, in some cases to mixtures of these sources can be interesting, leading to the reduction of costs or improvement in some characteristic of the biodiesel. Nevertheless, the use of vegetable oils or animal fats, when compared to petroleum diesel is not competitive, thus an improvement and optimization of biodiesel processes become interesting. Therefore, the main objective of this study is the exergetic and economic optimizations of the biodiesel production process from the blend of residual oil and microalgae oil. For this, the study of two biodiesel production systems was carried out. For the first system, a mathematical model was developed which considers the steps of steam generation, heating of raw materials and reaction. From this model, the data of mass flow and destroyed exergy were obtained and, from these results, two objective functions were elaborated, being the first the ratio of destroyed exergy by the amount of produced ester and the second, the profit of the system by the amount of produced ester. From these objective functions, it was possible to establish an optimal operating point for this system, which minimizes the destroyed exergy and maximizes the system profit obtained by the amount of produced ester in the reaction. For the second system, a mathematical model was developed which considers the same steps as the previous system, but with the addition of the excess reagent recovery step, and analyses two different arrangements for the reaction step, considering one reactor and two reactors in series. For the arrangement of two reactors in series, two operating conditions were established, the first set a molar ratio of methanol as a function of oil feed rates to 6, 7, 8, 9 and 10 moles and the second condition, fixed the yield of the transesterification reaction of reactor 1 at 75, 80, 85 and 90%. From the obtained results, two objective functions were created, the first one consists in obtaining the profit as a function of the oil mass flow and the second the profit considering the exergy destroyed in the system by the oil mass flow. These objective functions were evaluated together with the parametric analysis of the oil mixture composition, which considers the percentage of 0, 1, 2, 3, 4 and 5% of microalgae oil in the mixture. From this evaluation, it was determined that for this system, the arrangement for two reactors in series with the condition of 85% yield for the transesterification reaction in reactor 1 is the one that generates the highest profit in the system, considering the destroyed energy. Keywords: Exergetic analysis, economic analysis, biodiesel, microalgae oil and residual oil.137 p. : il. (algumas color.).application/pdfBiodieselMicroalgasEngenharia de Materiais e MetalurgiaAnálise exergética e otimização econômica do processo de produção de biodiesel a partir da mistura de óleo residual e de microalgasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - DANIELA YUMI SUGAI.pdfapplication/pdf3405975https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/64660/1/R%20-%20D%20-%20DANIELA%20YUMI%20SUGAI.pdf3d6233a4147e3be1420bf65033d6dceeMD51open access1884/646602021-06-09 17:01:24.2open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/64660Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-06-09T20:01:24Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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