Análise termodinâmica de uma caldeira de biomassa de usinas sucroalcooleiras utilizando uma abordagem numérica

Abstract

A busca pelo aumento na produção de energias renováveis vem ganhando grande destaque nos últimos anos, a redução dos gases que provocam o efeito estufa e o aumento de preços nos combustíveis fósseis são fatores determinantes para essa busca. Dentro desse contexto as usinas do setor sucroalcoleiro tem apresentado um crescimento significativo. A razão para esse fenômeno foi o aumento de energia produzida a partir das unidades de cogeração das próprias usinas. Nas últimas décadas foram aperfeiçoadas caldeiras aquatubulares com alimentação de biomassa e que trabalham com maiores pressões e temperaturas. O aumento da eficiência das caldeiras à biomassa está diretamente relacionado com a redução das irreversibilidades presentes no processo. Nesse trabalho foi realizado um estudo de modelagem matemática e simulação computacional utilizando o simulador de processos químicos Aspen Plus® Aspen para simular todas as etapas que compõem a caldeira a biomassa. A caldeira foi separada em oito módulos: câmara de combustão, superaquecedor, evaporador, pré-ar secundário, pré-ar primário, economizador, lavador de gases e tubulão. Cada módulo foi considerado um volume de controle e aplicados a primeira e segunda lei da termodinâmica. Foi realizada a análise energética e exergética de todos os componentes da caldeira localizando as irreversibilidades dos sistemas, identificando as exergias destruídas e assim avaliando as eficiências. Da análise de resutados da simulação computacional foram identificados os componentes que apresentam as maiores frações de destruição de exergia, assim como também as maiores eficiências de primeira e segunda lei da termodinâmica. Desta maneira, destacasse que a câmara de combustão é responsável pela maior parcela de exergia destruída. Foram feitos estudos associados aos efeitos de variação de umidade na biomassa de alimentação, de 51% a 37% , obtendo-se para esses valores de calor perdido pelo sistema de 25908,00 kW e 17867,00 kW, respectivamente. Para a variação da vazão de alimentação de biomassa de 16,36kg/s para 21,00 kg/s, mantendo-se a vazão de ar contante, obteve-se valores de eficiência da caldeira de 58,46% e 45,94%, respectivamente.