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

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

Avaliação do aproveitamento energético da borra de petróleo através de um conjunto gaseificador / microturbina a gás

This work studies the gasification process of oil sludge (OS) through a computational model that considers the chemical equilibrium. The effect of the air/steam mixture as a gasifying agent on properties such as lower heating value (LHV), yield, and composition of the producer gas were analyzed. The results showed that the fraction of H2 in the producer gas, considering a steam/oil sludge ratio (SOR) of 1.5, increased with the increment of the equivalent ratio (ER) until reaching a maximum value (33.2% at an ER of 0.45) and subsequently decreased. For an ER ratio between 0.25 and 0.45, as well as a SOR of 1.5, the producer gas yield increased from 0.66 to 1.17 Nm3/kg OS, while the LHV decreased from 8.14 to 4.05 MJ/Nm3. The gases obtained in the gasification process were used to power a gas microturbine aiming electricity generation. The power produced ranged between 0.423 and 0.390 kWh/kg OS. Based on the properties of the producer gas, it has been found that OS gasification could be a technological alternative for the treatment and energy use of this waste.El presente trabajo estudia el proceso de gasificación de borra de petróleo (BP) a través de un modelo computacional que considera el equilibrio químico. Fue analizado el efecto de la mezcla aire/vapor como agente de gasificación sobre propiedades tales como poder calorífico inferior (PCI), producción específica y composición del gas de gasificación. Los resultados mostraron que la fracción de H2 en el gas de gasificación, considerando una razón vapor/borra (RVB) de 1,5, aumentó con el incremento de la razón de equivalencia (RE) hasta alcanzar un valor máximo (33,2% a una RE de 0,45) e posteriormente disminuyó. Para un rango de RE entre 0,25 y 0,45, así como una RVB de 1,5, la producción específica del gas de gasificación aumentó de 0,66 a 1,17 Nm3/kg BP, mientras que el PCI disminuyó de 8,14 a 4,05 MJ/Nm3. Los gases obtenidos en el proceso de gasificación fueron utilizados para accionar una microturbina a gas y generar electricidad. La potencia producida varió entre 0,420 e 0,393 kWh/kg BP. Con base en las propiedades del gas de gasificación, se constata que la gasificación de BP puede ser una alternativa tecnológica para el tratamiento y aprovechamiento energético de ese residuo.O presente trabalho estuda o processo de gaseificação de borra de petróleo (BP) através de um modelo computacional que considera o equilíbrio químico. Foi analisado o efeito da mistura ar/vapor como agente de gaseificação sobre propriedades tais como poder calorífico inferior (PCI), produção específica e composição do gás de gaseificação. Os resultados mostraram que a fração de H2 no gás de gaseificação, considerando uma razão vapor/borra (RVB) de 1,5, aumentou com o aumento da razão de equivalência (RE) até atingir um valor máximo (33,2% a uma RE de 0,45) e posteriormente diminuiu. Para uma faixa de RE entre 0,25 e 0,45, bem como uma RVB de 1,5, a produção específica do gás de gaseificação diminuiu de 0,66 a 1,17 Nm3/kg BP, enquanto que o PCI diminuiu de 8,14 a 4,05 MJ/Nm3. Os gases obtidos no processo de gaseificação foram utilizados para acionar uma microturbina a gás e gerar eletricidade. A potência produzida variou entre 0,423 e 0,390 kWh/kg BP. Com base nas propriedades do gás de gaseificação, constata-se que a gaseificação de BP pode ser uma alternativa tecnológica para o tratamento e aproveitamento energético deste resíduo

Proposta de um sistema autônomo para uma comunidade não-interligada baseado em gaseificação de biomassa

Electricity generation through biomass gasification can be a viable and environment-friendly alternative. In this work, residual biomasses from corn, coconut, and coffee were proposed based on the mapping of information in databases, as the immediate and elementary analysis, simulations were performed using Computational Fluid Dynamics tools to determine the fractions molars of the synthesis gas generated from the gasification of each residue. The calorific value was calculated and its performance evaluated when supplied as fuel for a 15kWe engine-generator specified from data obtained in the literature, providing stable electricity from the burning of syngas. With a constant supply of 18 kg/hour, it would be necessary to gasify residues of 6.5 hectares of corn or 17 hectares of coconut, or 124 hectares of coffee. In these conditions, with continuous feeding, 24 hours/day, there is the generation of 10,800 kWh in one month, enough to feed an unconnected community of 67 residences, which proves the feasibility of the research for this application.La generación de energía eléctrica mediante gasificación de biomasa puede ser una alternativa viable y respetuosa con el medio ambiente. En este trabajo se propusieron biomasas residuales - maíz, coco y café - con base en el mapeo de la información existente en bases de datos, y a partir del análisis inmediato y elemental se realizaron simulaciones utilizando herramientas de Dinámica de Fluidos Computacionalpara determinar las fracciones molares del gas de síntesis generado a partir de la gasificación de cada residuo. Se calculó el poder calorífico y se evaluó su rendimiento cuando se suministró como combustible para un motor-generador de 15kWe especificado a partir de datos obtenidos en la literatura, proporcionando electricidad estable a partir de la quema de gas de síntesis. Con un suministro constante de 18 kg / hora, sería necesario gasificar residuos de 6,5 hectáreas de maíz o 17 hectáreas de coco o 124 hectáreas de café. En estas condiciones, con una alimentación continua, las 24 horas/día, se producela generación de 10.800 kWh en un mes, suficientes para alimentar a una comunidad no interconectada de 67 residencias, lo que prueba la viabilidad de la investigación para esta aplicación.A geração de energia elétrica através da gaseificação de biomassa pode ser uma alternativa viável e avorável ao meio ambiente. Neste trabalho, as biomassas residuais – milho, coco e café – foram propostas a partir do mapeamento de informações existentes em bancos de dados, e a partir da análise imediata e elementar, foram realizadas simulações utilizando ferramentas de Dinâmica dos Fluidos Computacionais para determinar as frações molares do gás de síntese gerado a partir da gaseificação de cada resíduo. Calculou-se o poder calorífico e avaliou-se seu desempenho ao ser fornecido como combustível para um motor-gerador de 15kWe especificado a partir de dados obtidos na literatura, fornecendo eletricidade estável advinda da queima de syngas. Com uma alimentação constante de 18 kg/hora, seria necessário gaseificar resíduos de 6,5 hectares de milho ou 17 hectares de coco ou ainda 124 hectares de café. Nestas condições, com uma alimentação contínua, 24 horas/dia, tem-se a geração de 10.800 kWh em um mês, suficiente para alimentar uma comunidade não-interligada de 67 residências, o que comprova a viabilidade da pesquisa para esta aplicação

Environmental assessment of pyrolysis in biorefineries based on palm oil wastes

The oil palm industry is one of the largest producers of residual biomass, leading to environmental and economic concerns. For this reason, the concept of biorefinery is emerging as a means to create new ways of converting biomass into new types of renewable products bioenergetics that can contribute to the reduction of greenhouse gases. In this context, this document presents a study that consisting of a biorefinery configuration in a Palm Oil Mill (POM), considering the fast pyrolysis process to produce bio-oil and biochar, and an extraction / trans-esterification stage to produce biodiesel and glycerin in the POM. The environmental impacts associated with a production process of a biorefinery system were calculated using the life cycle assessment methodology through the IMPACT 2002+ method, which analyzes the environmental impacts in four categories of damage (human health, ecosystem quality, climate change and resources). Therefore, to produce bio-oil, biodiesel and electricity were obtained 52 mPt, 120 mPt and 127 mPt of total impacts, respectively, demonstrating that the fast pyrolysis process to obtain bio-oil it does not generate considerably high environmental impacts compared with the other products obtained in the biorefinery in any of the categories of damage assessed

ANTEPROYECTO MECÁNICO DE MULTIROTOR AGRÍCOLA PULVERIZADOR

El concepto de agricultura de precisión surgió con el uso de técnicas avanzadas y tecnológicas en el manejo de cultivos. La tecnología, cuando se usa correctamente, promueve una mayor seguridad y productividad. Reconocer el área plantada y tratar cada lugar según sea necesario es una de las ventajas que la tecnología ofrece al campo. Una de las actividades que se llevan a cabo en el tratamiento de varios cultivos es la pulverización de fertilizantes, donde el uso de aeronaves pilotadas a distancia es una forma de implementar tecnología, controlar la actividad y proteger a las personas frente a productos tóxicos. Este trabajo desarrolla el diseño mecánico preliminar de una aeronave de fuente de energía híbrida para pulverización, utilizando gasolina como combustible. Las principales ventajas de un sistema de energía híbrido son que no requiere el uso de múltiples baterías y el reabastecimiento rápido reemplaza una carga eléctrica. Se creó un modelo pequeño para cumplir con su actividad sin generar dificultades en la formación de pilotos a distancia y normativa legal

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

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

Environmental and Energetic Evaluation of Refuse-Derived Fuel Gasification for Electricity Generation

In this work, an energetic and environmental evaluation of the electricity generation process through refuse-derived fuel (RDF) gasification coupled to a gas microturbine (GM) was performed. Two scenarios are considered with different gasification agents in RDF gasification modeling: air and air enriched with oxygen. A thermodynamic chemical equilibrium approach was used to analyze the gasification parameters. The results of RDF gasification indicate a maximum value of syngas low heating value (LHV) equal to 8.0 MJ/Nm3, obtained for an equivalence ratio of 0.3. The use of these syngas in the gas microturbine produces 79.6 kW of electrical power. For the environmental evaluation of gasification and electricity generation systems, the Life Cycle Assessment methodology was employed. The calculated environmental impacts indicate that the emission of contaminants from fossil fuel combustion (in the stage of transport by heavy load vehicles) and that the electricity consumption for equipment operation (in the stage of municipal solid waste pretreatment) contributes to environmental pollution. On the other hand, electricity generation through GM presented lower environmental impact for all analyzed categories, suggesting that the electricity generation from gas obtained from gasification could be a viable option for thermochemical conversion of RDF and its subsequent energetic use

Energy and Economic Assessment of a System Integrated by a Biomass Downdraft Gasifier and a Gas Microturbine

This work focuses on the energy and economic evaluation of a power generation system composed of a downdraft gasifier and gas microturbine. The gasification process was studied using wood pellets as fuel, while the influence of two gasification agents (air and oxygen-enriched air) on parameters, such as low heating value (LHV), composition, and yield of syngas, were analyzed. The syngas produced from oxygen-enriched air gasification in a downdraft gasifier had an LHV higher than 8 MJ/Nm3, being suitable to be supplied in the gas microturbine. Subsequently, syngas use in the gas microturbine was evaluated, and the results demonstrated that microturbine efficiency dropped from 33.00% to 21.35%, while its power decreased from 200 kW to 81.35 kW. The power generation system was modeled using Aspen Plus® v 11.0 software and validated using results obtained from published experimental studies. Accordingly, the integrated generation system presented an overall efficiency of 11.82% for oxygen-enriched air gasification cases. On the other hand, an economic assessment through risk analysis using Monte Carlo simulations was performed using Crystal Ball® v11.1.2.4.850 software. The economic results indicated that the implementation of a generation system was economically unfeasible, however, if the electricity rate price was increased by 63%, the proposed configuration could be feasible

Bioconstrução: sistemas sustentáveis e eficientes

The development of sustainable technologies is gaining more and more focus. Motivated by the demand for ecological construction techniques, a construction manual was developed using bioconstruction techniques, to democratize knowledge and revive construction techniques that do not harm the ecosystem. Among the techniques covered, the compacted earth block has as its basic principle the capacity of the earth to form a resistant aggregate from its compression. Bahareque is one of the simplest and quickest for construction: it consists of developing a plot with rigid material, where a mixture is applied, in order to fill the voids left by the plot, a light construction that does not require so much of the soil. The addition of alloys (such as sugar cane ash, rice husk and brachiaria) generates better resistance to mechanical compression and less water absorption from the blocks, encouraging the reuse of disposable materials and saving resources from the earth. Finally, in the long run, the increase in materials like this will allow the sector to significantly reduce its environmental footprint, especially considering the reduction in the amount of concrete used and the waste produced in the process.El desarrollo de tecnologías sostenibles está ganando cada vez más atención, motivados por la demanda de técnicas de construcción ecológica, se estudiaron dos técnicas de bioconstrucción para el futuro desarrollo de un manual práctico; esto con el fin de democratizar el conocimiento y reactivarlo, protegiendo así el ecosistema. Entre las técnicas abordadas están: el bloque de tierra compactada, el cual tiene como principio básico la capacidad de la tierra para formar un agregado resistente a partir de su compresión. El Bahareque es una de las construcciones más sencillas y rápidas, su sistema constructivo se basa en la combinación de maderas y cañas entre tejidas con un recubrimiento de barro, donde se aplica una mezcla, con el fin de llenar los vacíos, una construcción ligera que no requiere tanto de suelo. La adición de aleaciones (como ceniza de caña de azúcar, cascarilla de arroz y brachiaria) genera mejor resistencia a la compresión mecánica y menor absorción de agua de los bloques, favoreciendo la reutilización de materiales desechables y ahorrando recursos. Finalmente, el incremento en la utilización de materiales como este permitirá al sector reducir significativamente su huella ambiental, especialmente considerando la reducción de la cantidad de hormigón utilizado y los residuos producidos en el proceso.O desenvolvimento de tecnologias sustentáveis ganha cada vez mais enfoque. Motivado pela demanda de técnicas ecológicas de construção, foi desenvolvido um manual de construção utilizando técnicas de bioconstrução, com o intuito de democratizar o conhecimento e reviver técnicas de construção que não agridam o ecossistema. Dentre as técnicas abordadas, o bloco de terra compactada tem como seu princípio básico a capacidade da terra em formar um agregado resistente a partir de sua compressão. O Bahareque é uma das mais simples e rápidas para construção: consiste em desenvolver um tramado com material rígido, onde aplica-se uma mistura, com o intuito de preencher os vazios deixados pelo tramado, uma construção leve que não exige tanto do solo. O acréscimo das ligas (como a as cinzas da cana-de-açúcar, casca de arroz e braquiária) gera uma melhor resistência à compressão mecânica e uma menor absorção de água dos blocos, fomentando o reuso de materiais descartáveis e gerando uma economia de recursos da terra. Por fim, em longo prazo, o aumento de materiais como este permitirá ao setor uma redução considerável na pegada ambiental, considerando principalmente a redução da quantidade de concreto utilizado e de lixo produzido no processo