Modelagem e simulação das etapas d e uma unidade de PSA : estudo de caso

• Autor(a) principal: Parisotto, Matheus Macedo
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/274505
• topic: Produção de hidrogênio; Processos químicos; Modelagem matemática; Pressure swing adsorption; PSA unit; Dynamic simulation; Control valves

A tecnologia de PSA (Pressure Swing Adsorption) há muitos anos tem sido amplamente utilizada nas indústrias para purificação de gases. Um exemplo notável é a produção de hidrogênio altamente puro, cuja utilidade abrange uma variedade de aplicações em diversos setores industriais. Este estudo se concentrou na análise de uma unidade específica de PSA, a qual é composta por seis leitos de adsorção operando simultaneamente. O objetivo principal consistiu na modelagem das diversas etapas do processo e na posterior validação dos resultados obtidos por meio de simulação dinâmica. A modelagem foi realizada com base nas equações para escoamento em válvulas de controle, que surgem a partir da equação de Bernoulli com perda de carga, e na obtenção do balanço de massa, analisando-se cada etapa do processo separadamente. A partir disso, a simulação foi realizada por meio de implementação computacional dos modelos, nos quais foram utilizados dados reais de abertura das válvulas. Dessa forma, tornando possível uma comparação entre os dados obtidos diretamente por medidores de pressão na planta industrial e os resultados adquiridos por meio do modelo matemático. Para fins de comparação, simularam-se diferentes cenários, desde a obtenção do perfil de pressão para um único vaso em um ciclo que engloba todas as etapas do processo, até a visualização das pressões de ambos os vasos simultaneamente. Os resultados obtidos demonstraram uma boa aderência do modelo em relação ao comportamento de cada etapa, no que se refere à dinâmica esperada. Desta forma, observou se que, para o processo como um todo, o erro relativo entre os dados da planta e os obtidos pelo modelo foi de até 7,5%, evidenciando a representatividade do modelo para a compreensão do processo e a representação do sincronismo entre os leitos durante a operação. No entanto, no que diz respeito à obtenção dos valores de pressão com relativa exatidão, o modelo revelou-se menos representativo, apresentando desvios significativos em relação aos valores esperados. Esta consideração final destaca várias oportunidades de melhoria no modelo simplificado adotado, o que possibilitaria abordar novos aspectos relevantes no processo PSA, como a otimização de seus principais parâmetros e a identificação prévia de falhas em válvulas de controle.