Desenvolvimento de reator multifuncional para processos termoquímicos de conversão energética da biomassa

Abstract

A biomassa representa cerca de 10% da energia elétrica produzida e de 30% da oferta interna de energia no Brasil, e sua demanda vem crescendo mundialmente por se tratar de uma fonte mais limpa e renovável que o petróleo, o gás natural e o carvão mineral. Por conta disso, diversos estudos são realizados para aprimorar os processos de geração de energia da biomassa, visando aumentar o rendimento energético e aproveitar os coprodutos desses processos. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver os sistemas de aquecimento, entrada e saída de gases, acompanhamento da perda de massa e sua respectiva integração a um sistema de controle e automação, necessários para o funcionamento de um reator de bancada, com a finalidade de ser utilizado em pesquisas científicas. A concepção do reator seguiu a linha do desenvolvimento de sistemas modulares, simples, de fácil operação e substituição de peças e incorporação de tecnologias posteriores, o que o torna capaz de realizar diversos tipos de processos térmicos, tendo biomassa como matéria-prima. A modelagem térmica do reator, artifício que permite a caracterização e a realização de análises do comportamento e dos sistemas, foi feita a partir da aquisição de dados de funcionamento do reator com o auxílio do software COMSOL Multiphysics. Ensaios de torrefação foram realizados nas temperaturas de 200, 250 e 275 ∘𝐶, com péletes de eucalipto de 15 𝑔, em atmosfera controlada com concentrações de 𝑂2 de 12, 10 e 5%, a taxas de aquecimento de 6, 5 a 9, 0 ∘𝐶 · 𝑚𝑖𝑛−1 , com o intuito de validar o dispositivos para processos termoquímicos. Os ensaios finais se deram com a aplicação bem sucedida do controle de temperatura, taxa de aquecimento e de concentração de 𝑂2. O produto final foi submetido aos ensaios de rendimento gravimétrico em base úmida e de teor de voláteis, e seus resultados apresentaram coerência na diferença entre os processos realizados a diferentes temperaturas, já que uma tendência de maior degradação foi observada em temperaturas mais elevadas. O modelo térmico foi validado na aplicação de potência máxima de 1500 𝑊, o que permitiu a elaboração de um modelo que considerou o controle de potência.