Conversão termoquímica em leito fixo: características, modelagem e implementação do solver BiomassGasificationFoam

dc.contributor.advisor1Martins, Márcio Ferreira
dc.contributor.authorMaioli, Caio Guimarães
dc.contributor.referee1Fonseca, Henrique Massard da
dc.date.accessioned2018-08-02T00:02:54Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-02T00:02:54Z
dc.date.issued2016-09-30
dc.description.abstractThe thermochemical conversion processes are ways to convert solids into more convenientenergy carriers (charcoal), or turn them into liquid and gaseous fuels, or also heat or otherdiverse products. Many studies have been conducted aimming to make the thermochemicalprocesses more efficient and economically viable.The application of Computational FluidDynamics (CFD) models helps to optimize the design and operation of the thermochemicalreactors, such as fixed bed reactors. The free CFD softwares offer a cost-effective tool forthese studies. One such software that is gaining prominence is OpenFOAM. An solverfor OpenFOAM called biomassGasificationFoam was recently published for the simulationof biomass gasification in fixed bed. In this work, it was done an evaluation of the solverbiomassGasificationFoam and the auxiliary libraries that accompany it, in order to generalizetheir applicability in various solids thermochemical conversion processes in fixed bed. Itsmodels for heat and mass transport in a reactive porous medium were verified and validatedwith proposed tests, analytical equations and experiments. Some code details were changedand improvements were implemented. It was identified an overestimation of the diffusionprocess of the gaseous species caused by a hypothesis adopted in these species conservationequation. The kinetic model showed to be suitable for solid thermal decomposition processeswhere the reaction order is unitary. However, this model was not so suitable for solidhomogeneous reactions where the reaction order is different from one and for heterogeneousreactions. In overall, the biomassGasificationFoam presents an interesting potential, anuseful tool for the simulation of many solids thermochemical conversion processes in fixedbed. Finally, informations were provided about the software OpenFOAM, and, especially,about the biomassGasificationFoam, in order to serve as documentation to help future usersinterested in its useeng
dc.description.resumoOs 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.
dc.formatText
dc.identifier.citationMAIOLI, Caio Guimarães. Conversão termoquímica em leito fixo: características, modelagem e implementação do solver BiomassGasificationFoam. 2016. 198 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico, Vitória, 2016.
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/9738
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectThermochemical conversioneng
dc.subjectChemical kineticseng
dc.subjectBiomassGasificationFoampor
dc.subjectOpenFOAM (Programa de computador)por
dc.subject.br-rjbnTermoquímica
dc.subject.br-rjbnCinética química
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.subject.udc621
dc.titleConversão termoquímica em leito fixo: características, modelagem e implementação do solver BiomassGasificationFoam
dc.typemasterThesis

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