Modelagem e simulação da secagem de partículas de biomassa em temperaturas típicas de combustão

Abstract

Neste trabalho é apresentada a modelagem da secagem de partículas sólidas de biomassa em temperaturas típicas de combustão. Para a modelagem são consideradas equações transientes de conservação da massa, conservação de espécies químicas, conservação da energia e conservação de quantidade de movimento (para um regime de baixo número de Reynolds). A partícula é tratada como um meio poroso, sendo que a equação de conservação de energia considera o equilíbrio térmico entre as fases. As propriedades termoquímicas associadas às equações de conservação são calculadas em função da temperatura e concentração local dos gases. Os três modelos mais frequentemente utilizados para avaliar a taxa de evaporação da umidade são apresentados: modelo cinético, modelo de equilíbrio térmico e modelo convectivo. A pirólise também é considerada na modelagem, isto porque nas temperaturas associadas à combustão sempre existe sobreposição entre a secagem e a pirólise. Assim, além das espécies associadas à secagem em ar atmosférico, no caso O2, N2 e H2O, espécies associadas à pirólise também são consideradas, CO, CO2, H2, H2O, CH4 e C6H6, devido a degradação térmica do material. Alguns resultados obtidos através das simulações são comparados com resultados experimentais e é verificada uma boa concordância para a predição da conversão de massa em função do tempo e dos perfis de temperatura para os três modelos. ___________________________________________________________________________ ABSTRACT

This paper presents the modeling of drying of solid biomass particles in typical combustion temperatures is presented. For modeling are considered transient equations of conservation of mass, conservation of chemical species, conservation of energy and conservation of momentum (for a regime of low Reynolds number). The particle is treated as a porous medium, and the energy conservation equation considers thermal equilibrium between the phases. The thermochemical properties associated with the conservation equations are calculated as a function of temperature and local gas concentration. The three models most frequently used to assess the rate of evaporation of moisture are presented: kinetic model, model and convective thermal equilibrium model. Pyrolysis is also considered in the modeling, this because the temperatures associated with combustion there is always overlap between drying and pyrolysis. Thus, in addition to the species associated with drying in air , where O2, N2 and H2O associated with the pyrolysis species are also considered, CO, CO2, H2, H2O, CH4 and C6H6 due to thermal degradation of the material. Some results obtained from the simulations are compared to experimental results and good agreement is verified to predict the mass conversion as a function of time and temperature profiles for the three models.