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http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/33545
Title: | Estudo da pirólise do bagaço da cana-de-açucar em leito de jorro: modelagem, simulação e otimização CFD. |
Other Titles: | Study of pyrolysis of sugarcane bagasse in spout: modeling, simulation and CFD optimization. |
???metadata.dc.creator???: | FERREIRA, Alysson Dantas. |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | FARIAS NETO, Severino Rodrigues de. |
???metadata.dc.contributor.referee1???: | OLIVEIRA, Líbia de Sousa Conrado. |
???metadata.dc.contributor.referee2???: | OLIVEIRA, Laércio Gomes de. |
???metadata.dc.contributor.referee3???: | LIMA, Antonio Gilson Barbosa de. |
???metadata.dc.contributor.referee4???: | VIEIRA, Fernando Fernandes. |
Keywords: | DoE;OpenFOAM;Euleriano;Lagrangiano;Eulerian;Lagrangian |
Issue Date: | 4-Aug-2023 |
Publisher: | Universidade Federal de Campina Grande |
Citation: | FERREIRA, Alysson Dantas. Estudo da pirólise do bagaço da cana-de-açúcar em leito de jorro: modelagem, simulação e otimização CFD. 2023. 129 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023. |
???metadata.dc.description.resumo???: | O Brasil ´e o maior produtor mundial de cana-de-a¸c´ucar e seu baga¸co ´e uma importante fonte de biomassa, capaz de ser convertida em energia renov´avel atrav´es de processos como a pir´olise. O desenvolvimento de modelos matem´aticos que a representem ´e essencial na otimiza¸c˜ao desse processo. Nesse sentido, este trabalho avaliou como a localiza¸c˜ao da inje¸c˜ao das part´ıculas de biomassa e como os parˆametros operacionais afetam as taxas de convers˜ao das rea¸c˜oes de pir´olise em um leito de jorro. Para isso, foi proposto um modelo em CFD com abordagem Euleriano-Lagrangiano, no qual foi simulado usando o OpenFOAM. Inicialmente, simulou-se a pir´olise de ´unica part´ıcula com um mecanismo cin´etico semiglobal de dois estagio. Posteriormente, alterou-se o mecanismo cin´etico para considerar a composi¸c˜ao da biomassa. Em uma terceira etapa, simulou-se apenas o comportamento do leito de part´ıcula inerte. Essas trˆes etapas validaram o modelo proposto. De posse dessa modelagem, explorou-se diferentes localiza¸c˜oes de entrada de biomassa e com base na melhor configura¸c˜ao geom´etrica, realizou-se um planejamento fatorial num´erico do tipo 2k para investigar a influˆencia da temperatura do g´as, velocidade do g´as e diˆametro das part´ıculas de biomassa na rea¸c˜ao de pir´olise. Os resultados num´ericos foram confrontados e validados com dados experimentais reportados pela literatura. Referente a configura¸c˜ao geom´etrica do reator, identificou-se a entrada pr´oxima `a base do equipamento a que apresentou o melhor resultado. Quanto ao DoE, observou-se que a temperatura e o diˆametro das part´ıculas apresentam uma forte influˆencia no comportamento das rea¸c˜oes. Por fim, o cen´ario de maior convers˜ao de biomassa foi obtido para uma temperatura de 600°C, uma velocidade de 142 m/s e um diˆametro de biomassa de 1,0x10−3 m, no qual foi encontrado uma convers˜ao de 84,35 %. |
Abstract: | Brazil is the world’s largest sugarcane producer, and its bagasse is a significant source of biomass that can be converted into renewable energy through processes like pyrolysis. Developing mathematical models to represent this process is crucial for optimization. In this context, this study assessed how the injection location of biomass particles and operational parameters affect the conversion rates of pyrolysis reactions in a fluidized bed. To achieve this, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model with an Eulerian-Lagrangian approach was proposed and simulated using OpenFOAM. Initially, single-particle pyrolysis was simulated with a two-stage semi-global kinetic mechanism. Subsequently, the kinetic mechanism was modified to account for biomass composition. In the third phase, the behavior of the inert particle bed was simulated, validating the proposed model through these three steps. With this model in hand, different biomass injection locations were explored. Based on the optimal geometric configuration, a numerical factorial 2k design of experiments (DoE) was conducted to investigate the influence of gas temperature, gas velocity, and biomass particle diameter on pyrolysis reactions. Numerical results were compared and validated against experimental data reported in the literature. Regarding the reactor’s geometric configuration, the entry point near the base of the equipment yielded the best results. In terms of the DoE, it was observed that temperature and particle diameter significantly influence reaction behavior. Ultimately, the highest biomass conversion scenario was achieved at a temperature of 600°C, gas velocity of 142 m/s, and biomass particle diameter of 1.0x10−3 m, resulting in a conversion rate of 84.35%. |
Keywords: | DoE OpenFOAM Euleriano Lagrangiano Eulerian Lagrangian |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | Engenharia de Processos |
URI: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/33545 |
Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia de Processos. |
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ALYSSON DANTAS FERREIRA – TESE (PPGEP) 2023 (2).pdf | 3 MB | Adobe PDF | View/Open |
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