Publicação: Simulação computacional fluidodinâmica e termoquímica de reator em leito fluidizado destinado a gaseificação de combustível derivado de resíduos sólidos urbanos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::TRATAMENTOS E APROVEITAMENTO DE REJEITOS
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Resumo
Diante da problemática inserida no tema da sustentabilidade referente à destinação do lixo urbano, produzido mundialmente em ritmo acelerado, apresenta-se diversas tratativas e tecnologias voltadas para a recuperação energética de resíduos de descarte, as chamadas tecnologias Waste-to-Energy. Nesse contexto, as tecnologias envolvendo a gaseificação em leito fluidizado assumem grande destaque nos trabalhos acadêmicos e em desenvolvimentos laboratoriais. Contudo, sua experimentação física, sobretudo, envolvendo resíduos nocivos à saúde e ao meio ambiente, é restrita, onerosa e de alto risco.
O presente trabalho objetivou desenvolver um modelo computacional capaz de reproduzir a experimentação física de um reator real de gaseificação em larga escala. O modelo CFD desenvolvido mostrou-se capaz de replicar de forma coerente os resultados obtidos nos experimentos físicos, permitindo inferências valiosas sobre o escoamento fluidodinâmico com análise detalhada, custo-efetiva do comportamento do equipamento e os processos termoquímicos envolvidos na gaseificação.
Os principais resultados incluem o mapeamento dos regimes de fluidização e a determinação do regime na Planta Piloto de Mauá-SP usando apenas dados operacionais, além da identificação das zonas de reações químicas. Do ponto de vista da aplicação da CFD, a abordagem Euleriana-Euleriana foi eficaz para estudar a fluidização em larga escala, oferecendo precisão com custo computacional reduzido, podendo ser aplicada em reatores maiores sem aumento excessivo da complexidade da malha computacional.
A pesquisa avançou na compreensão teórica da gaseificação e demonstrou a aplicabilidade prática de modelos computacionais para melhorar tecnologias industriais sustentáveis.
Abstract
Faced with the issue of sustainability regarding the disposal of urban waste, produced worldwide at a rapid pace, several approaches and technologies are presented aimed at energy recovery from discarded waste, the so-called Waste-to-Energy technologies. In this context, technologies involving fluidized bed gasification assume great prominence in cademic work and laboratory developments. However, its large-scale physical experimentation, especially involving waste that can produce gases and other harmful effects on health and the environment, is restricted, costly and high risk.
The present work aimed to develop a computational model capable of reproducing the physical experimentation of a real large-scale gasification reactor. The developed CFD model proved capable of coherently replicating the results obtained in physical experiments, allowing valuable inferences about the fluid dynamic flow with detailed, cost-effective analysis of the equipment's behavior and the thermochemical processes involved in gasification.
The main results include the mapping of fluidization regimes and the determination of the regime at the Mauá SP Pilot Plant using only operational data, in addition to the identification of chemical reaction zones. From the point of view of CFD application, the Eulerian-Eulerian approach was effective for studying fluidization on a large scale, offering precision with reduced computational cost, and can be applied to larger reactors without excessively increasing the complexity of the computational mesh.
The research advanced the theoretical understanding of gasification and demonstrated the practical applicability of computational models to improve sustainable industrial technologies.
Palavras-chave
Gaseificação em escala industrial, Industrial scale gasification, Abordagem euleriana, Eulerian approach, Escoamento multifásico, Multiphase-flow, Semi-industrial, Semi-industrial, Waste-to-Energy, Waste-to-Energy
Citação
MONTEIRO, Vitor Alberto Lemes. Simulação computacional fluidodinâmica e termoquímica de reator em leito fluidizado destinado a gaseificação de combustível derivado de resíduos sólidos urbanos. 2024. 258 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.670.