Estudo da gaseificação de biomassa em reator co-corrente de duplo estágio mediante análises experimentais e modelagem com ferramentas de Dinâmica dos Fluidos Computacional.

Abstract

Este trabalho apresenta o estudo do comportamento de um gaseificador tipo co-corrente de duplo estágio utilizando biomassa de rejeito como combustível e misturas de reagentes. Inicialmente foi feita uma caraterização físico – química de combustíveis derivados e resíduos e outras biomassas a fim caracteriza-los no processo de gaseificação. Posteriormente foram realizados testes experimentais de gaseificação de biomassa em um reator co-corrente de duplo estágio instalado no laboratório de gaseificação do Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída – NEST da Universidade Federal de Itajubá, MG - UNIFEI. Na sequência foram analisados os produtos da gaseificação onde utilizou-se ar, ar + vapor e oxigênio + vapor como reagentes dentro do processo com o intuito de utilizar as informações geradas para as simulações por Dinâmica dos Fluidos Computacional e posterior validação. Em seguida foi definido o modelo do gaseificador composto por um meio poroso, e definidas as condições de contorno e as configurações dos diferentes parâmetros que representam o fenômeno da gaseificação em leito fixo co-corrente de duplo estágio. Para as simulações foram escolhidas as ferramentas ANSYS-ICEM®, ANSYS-FLUENT® e ANSYS-CFD POST® para geração da geometria e da malha, solução numérica do processo e pós processamento dos resultados respetivamente. Os casos de estudo foram validados com dados experimentais para as melhores condições operacionais do reator selecionado considerando uma relação de equivalência RE=0,35 como aquela em que o gás produzido apresenta o maior poder calorifico inferior. Da avaliação das simulações frente aos dados experimentais conclui-se que o modelo representa o fenômeno da gaseificação de biomassa em reator co-corrente de duplo estágio com uma significância estatística superior ao 95% baseada no desvio padrão e a variância dos dados das simulações contra os dados experimentais. Este estudo constitui-se uma ferramenta útil para estudar gaseificadores de leito fixo utilizando diferentes combustíveis sólidos e o uso de diferentes reagentes. Permite fazer prognósticos para a formação das espécies nos produtos da gaseificação, perfis de temperatura, pressão e velocidades ao longo do leito.