Análise exergética do processo de gaseificação do bagaço da cana

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ANÁLISE EXERGÉTICA DO PROCESSO DE
GASEIFICAÇÃO DO BAGAÇO DA CANA


Lívia Maria Leite da Silva[1]
Resumo


Devido ao crescimento da produção de álcool no Brasil, o bagaço de cana tem se tornado cada vez mais abundante, e, apesar de seu potencial energético esse nem sempre é utilizado de forma adequada e eficiente. Dentro desse contexto, o uso da gaseificação do bagaço decana aparece como uma alternativa interessante para o aproveitamento dessa biomassa, uma vez que o seu produto final, o gás de síntese – também chamado syngás – possui usos variados e tecnologias de obtenção diversas. Assim sendo, o presente trabalho aponta as características das principais etapas desse processo, as tecnologias mais comuns, alguns usos do gás de síntese e ainda possui como pontocentral sua Análise Energética, baseada no princípio da conservação da energia da Primeira Lei da Termodinâmica, e a Análise Exergética, baseada nos princípios da Segunda Lei da Termodinâmica, que, por sua vez, considera as perdas por irreversibilidades inerentes aos processos de transformação de energia. Também é realizada uma análise comparativa das eficiências de Primeira e Segunda Leis de trêsalternativas para geração de potência: Um ciclo à gás (Ciclo de Brayton) que utiliza o syngás como matéria–prima em câmara de combustão; um ciclo à vapor (Ciclo de Rankine), que obtém vapor à partir da queima do bagaço de cana em caldeira; e, por fim, uma planta de gaseificação acoplada a um ciclo à gás (Ciclo de Brayton).


Palavras-Chave: Bagaço de cana. Aproveitamento. Gaseificação.Gás de Síntese. Eficiência Energética. Eficiência Exergética. Ciclo de Potência.









1. INTRODUÇÃO


Atualmente, muito se fala a respeito de questões ambientais. Revistas, noticiários sempre abordam notícias relacionadas à poluição, efeito estufa, e outros problemas cujas soluções convergem todas na necessidade de novas alternativas de energia limpa, proveniente derecursos renováveis, como a biomassa.
O bagaço de cana é um exemplo de biomassa, que devido ao aumento da produção nacional de álcool tornou-se um dos maiores resíduos agrícolas do país. Este possui um valor energético que muitas vezes é negligenciado, ou usado de maneira pouco eficiente.
Dentro desse contexto o presente trabalho aponta como alternativa de aproveitamento desse potencial oprocesso de gaseificação, expondo suas características principais, seu produto final, sua ‘viabilidade energética’ por meio das eficiências Energética e Exergética, ou seja, de Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica. Esse estudo de ‘viabilidade energética’ também é realizado para ciclos de geração de potência que utilizam como matéria-prima o gás de síntese, no caso do ciclo de Brayton, e aqueima do bagaço no caso do ciclo de Rankine.

2. DESENVOLVIMENTO

2.2. Gaseificação


A gaseificação é um processo antigo, em que o oxigênio reage com substâncias que contenham carbono em sua constituição – como é o caso do carvão ou de algum componente da biomassa – na presença de calor, gerando o chamado gás de síntese. A atmosfera de reação deve ser controlada de modo a garantirque o oxigênio presente esteja em quantidade inferior a estequiométrica. Ar também pode ser utilizado, contudo a presença de N2 acarreta baixo poder calorífico aos produtos de interesse, tal problema pode ser contornado por meio da utilização do oxigênio puro, contudo, processos de separação do oxigênio do ar podem ser desvantajosos levando-se em consideração características econômicas eenergéticas inerentes ao processo.
A natureza do processo de gaseificação é complexa. As principais reações físico-químicas envolvidas podem ser classificadas em: secagem, pirólise, combustão, redução.
A composição e quantidade de produtos e rejeitos dependem da matéria-prima, da razão ar/combustível e das temperaturas vigentes que, bem como as etapas do processo estão ligadas ao tipo de...
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