Conversão Termoquímica em Leito Fixo: Características, Modelagem e Implementação do Solver biomassgasificationFoam

Abstract

Os processos de conversão termoquímica são meios para converter os sólidos em portadores de energia mais convenientes (carvão), ou transformá-los em combustíveis líquidos e gasosos, ou ainda em calor ou outros produtos diversos. Muitos estudos vêm sendo realizados com o objetivo de tornar os processos termoquímicos mais eficientes e economicamente viáveis. A aplicação dos modelos de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) ajuda a otimizar o projeto e a operação dos reatores termoquímicos, como os de leito fixo. Os softwares de CFD gratuitos oferecem uma ferramenta econômica para a realização desses estudos. Um desses softwares que vem ganhando destaque é o OpenFOAM. Foi publicado recentemente um solver para o OpenFOAM chamado biomassGasificationFoam, para a simulação da gaseificação de biomassa em leito fixo. Neste trabalho foi feita uma avaliação do solver biomassGasificationFoam e das bibliotecas auxiliares que o acompanham, para generalizar a sua aplicabilidade em diversos processos de conversão termoquímica de sólidos em leito fixo. Seus modelos de transporte de calor e massa em um meio poroso reativo foram verificados e validados com testes propostos, equações analíticas e experimentos. Detalhes do código foram alterados e melhorias foram implementadas. Identificou-se uma superestimação do processo de difusão das espécies gasosas, causada por uma hipótese adotada na equação de conservação dessas espécies. O modelo cinético se mostrou adequado para processos de decomposição térmica do sólido onde a ordem da reação é unitária. Porém, esse modelo não se mostrou tão adequado para reações homogêneas do sólido onde a ordem da reação é diferente de um e para reações heterogêneas. No conjunto, o biomassGasificationFoam apresenta um potencial interessante, uma ferramenta útil para a simulação de diversos processos de conversão termoquímica de sólidos em leito fixo. Por fim, foram fornecidas informações sobre o software OpenFOAM e, principalmente, sobre o biomassGasificationFoam, com o intuito de servir como documentação para auxiliar futuros usuários interessados no seu uso