Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.

Controle de vibração em reatores elétricos através de absorvedores dinâmicos viscoelásticos

Reatores elétricos utilizados em subestações de energia têm funções específicas na operacionalização e manutenção da funcionalidade destas instalações, sendo equipamentos aplicados ao controle de reativos, de correntes de curto circuito e surtos de manobra em sistemas de transmissão de energia elétrica. Detectou-se que alguns reatores em funcionamento apresentaram elevados níveis de vibração estrutural. Dois destes reatores operam na subestação da cidade de Rurópolis, situada a oeste do estado do Pará. Outro problema decorrente do elevado nível de vibração destas estruturas é a geração de pontos quentes no núcleo eletromagnético do reator, podendo gerar bolhas de gases altamente inflamáveis. A existência destes problemas operacionais pode ocasionar ao Sistema de Transmissão do Norte do Brasil interrupções na transmissão de energia elétrica. Isto geraria na região Norte e em outras interligadas (Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste) elevados prejuízos sociais e financeiros. A aplicação de ferramentas para a minimização do problema vibro-acústico (redução dos níveis vibração e, por conseguinte, ruído) pode evitar danos estruturais e operacionais que resultem na sua indisponibilidade operativa reduzindo, conseqüentemente, perdas e a necessidade do desenvolvimento de equipamentos de custo elevado com baixos índices de vibração. No intuito de se reduzir tais níveis, propõe-se à aplicação de absorvedores dinâmicos na estrutura externa dos reatores. Uma vez dimensionados em quantidade, posição e parâmetros definidores (massa, rigidez e amortecimento) espera-se criar um sistema, que sintonizado com a freqüência da excitação de natureza eletromagnética, absorverá parte da energia vibratória do reator, minimizando-se, os elevados índices detectados e, por conseqüência, todos os problemas subseqüentes. São indicados compostos viscoelásticos nos absorvedores dinâmicos (com propriedades dinâmicas dependentes tanto da temperatura como da freqüência de trabalho), em virtude de estes materiais aumentarem o campo de ação dos absorvedores, adequando-se à elevada densidade modal verificada nas chaparias metálicas do reator.

Produção de biodiesel através da hidroesterificação do óleo de andiroba (Carapa guianensis, Aubl.) via Catalise Heterogenea Acida

O processo de hidroesterificação (hidrolise seguida de esterificação) se constitui como uma alternativa ao processo convencional de produção de biodiesel, pois permite o uso de matérias-primas de qualquer teor de água e de ácidos graxos. O biodiesel foi gerado a partir da esterificação do óleo de andiroba com alto teor de ácidos graxos sendo utilizado o oxido de nióbio em pó da CBMM (HY-340) como catalisador. Para execução dos experimentos foi utilizado um reator autoclave (batelada). A reação de hidrolise foi conduzida na temperatura de 300°C, ~1200psi e razão molar água/óleo de 20. Nas reações de esterificação foram observados os efeitos da razão molar metanol/acido graxo (1,2; 2,1 e 3,0), da temperatura (150, 175 e 200oC) e da concentração de catalisador (0, 10 e 20% m/m) tendo como resposta a conversão e a taxa inicial da reação. Os dados foram conduzidos segundo um planejamento experimental (fatorial com 23 e adição de 3 pontos centrais) analisado pelo programa Statistica. A conversão das reações de esterificação foi monitorada a partir de medidas titulometricas de acidez das alíquotas, retiradas nos tempos de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45 e 60 min. Nos experimentos de esterificação a maior conversão obtida foi 96,1% com temperatura de 200oC, 20% m/m de catalisador e razão molar metanol/acido igual a 3,0. Eliminando o catalisador e considerando os mesmos niveis para as outras duas variáveis analisadas (temperatura e razão molar), foi obtida uma conversão de 95,3%, porem foi observada uma taxa de conversão menor tendo-se um aumento de 35 minutos no tempo de reação comparando com a reação catalisada.

Craqueamento termocatalítico da borra de neutralização do óleo de palma (Elaeis guineensis) em escala piloto

Os subprodutos das indústrias de refino de óleo e de biodiesel, como a borra de neutralização, são bastante extensivos e devido a sua baixa pureza e valor econômico constituem uma problemática para essas indústrias no descarte e destinação, sendo de fundamental interesse pesquisas para a utilização desse rejeito. Portanto, este trabalho visa investigar uma alternativa viável, econômica e ambiental para o destino deste subproduto usando o Processo de Craqueamento Termocatalítico da Borra de Neutralização do Óleo de Palma (Elaeis guineensis, Jaqc) em escala piloto utilizando-se 5, 10 e 15% de Carbonato de Sódio (Na²CO³) como catalisador e temperaturas finais de 440ºC e 420ºC. A borra foi obtida pelo processo de neutralização e submetida a uma desidratação e caracterizada assim como o catalisador foi desidratado em estufa e caracterizado em relação à Difração de Raio-X, Análise Térmica Gravimétrica (ATG) e à Análise Térmica Diferencial (TDA). Foram realizados cinco testes de craqueamento termocatalítico na Usina Piloto de Craqueamento (THERMTEK/FEQ/UFPA) o qual é constituído em um reator com agitação mecânica e capacidade de 125 litros, além da dinâmica do processo e destilação dos produtos do craqueamento. O produto líquido orgânico (PLO), amostras da dinâmica do processo e frações da destilação foram caracterizados de acordo com cada norma exigida pela ANP N°65 e analisadas por IV e RMN. Após as análises dos resultados verificou-se que a eficiência do processo aumenta com catalisador e temperatura e que a matéria-prima fornece produtos de baixa acidez e com boas características para uso como combustível. Pela análise da termodinâmica do processo percebeu que alguns parâmetros como viscosidade, densidade e ponto de fulgor diminuem com o tempo e aumento da temperatura, formando hidrocarbonetos mais leves. Com relação à destilação, as frações nas faixas mais pesadas se assemelham ao óleo diesel do petróleo na maioria dos parâmetros exigidos pela ANP N°65.

Produção de biodiesel da gordura de murumuru (Astrocaryum murumuru) via catálise heterogênea

Neste trabalho investigou-se a viabilidade da oleaginosa Murumuru (Astrocaryum murumuru) como matéria prima para a produção de biodiesel através do uso de catálise heterogênea básica na transesterificação. O murumuru é um fruto constituído de polpa e amêndoa, sendo que esta produz cerca de 50% de uma gordura branca, inodora, com a vantagem de não rancificar facilmente, pois é rica em ácidos graxos saturados de cadeia curta como láurico e mirístico. O biodiesel convencionalmente é produzido através da rota catalítica básica homogênea. No entanto, essa rota apresenta algumas desvantagens, tais como: a saponificação dos ésteres e a dificuldade de remoção do catalisador. Por outro lado, a rota catalítica heterogênea evita os inconvenientes da catálise homogênea, reduzindo a quantidade de efluentes aquosos gerados no processo e a reutilização dos catalisadores. O catalisador heterogêneo hidrotalcita foi sintetizado e caracterizado através das análises de fluorescência de raios X, difratometria de raios X, análise termogravimétrica, análise textural (método BET) e microscopia eletrônica de varredura. Foi realizado um planejamento fatorial completo utilizando metanol como reagente. As variáveis independentes foram temperatura, razão molar e concentração de catalisador e a variável de resposta foi a conversão, medida através do método espectrofotométrico. Essas reações foram conduzidas em um reator batelada pressurizado. A melhor conversão encontrada a partir do planejamento foi de 88,97% para razão molar de metanol/óleo igual a 12, temperatura de 200ºC e concentração de catalisador igual a 6%, em 1 hora de reação. Para essa condição, foram realizados estudos cinéticos e testada a utilização de etanol, através do estudo cinético pode-se obter uma boa correlação entre as constantes cinéticas e conversão, quando utilizado o modelo que considera reação reversível, reação química como etapa controladora que segue o mecanismo de Eley Rideal.

Caracterização de um gaseificador do tipo downdraft

A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO², CH⁴, SO², N² e NO^x) nos gases de combustão após a sistema de limpeza.

Simulação numérica da gaseificação de biomassa em leito fixo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade das sementes de açaí rejeitadas após beneficiamento em Belém – Pará, a fim de ser usada como fonte de biomassa para a produção de energia por gaseificação. Resultados da análise elementar obtidas no LABCAT – UNB em base seca foram obtidas com percentuais de Carbono, 46,06 %, Hidrogênio 6,01 % Oxigênio 43,37 %, Nitrogênio 4,33 % e Enxofre 0,08%. Tais valores entre outros parâmetros obtidos em estudo experimental realizados por Santos 2011 e Cruz, 2010, foram utilizados para realizar uma simulação numérica do processo de gaseificação por meio de um código FORTRAN zero dimensional desenvolvido especificamente para esta finalidade. Variações da influência da razão de equivalência e teor de umidade nas concentrações de CO, H2 e CH4 foram comparados a resultados experimentais. Um modelo transiente unidimensional também foi analisado. Utilizando a aplicação de um mecanismo de pirólise de dois passos onde o alcatrão primário (ou oxigenados) são inicialmente formados e então craqueados em alcatrão secundário (ou hidrocarbonetos) e outros gases combustíveis. Assim se revela a complexidade dos processos físicos e químicos que ocorrem no reator pelo uso do balanço de energia e massa e com informações das taxas de reação das reções químicas e os processos de transporte físicos. O modelo computacional é capaz de prever o perfil da composição de gases, temperatura, alcatrão primário e secundário ao longo do eixo longitudinal do gaseificador. Foram obtidos resultados para simulações realizadas nos dois modelos e posteriormente analisado tal comportamento em comparação ao resultado experimental obtidos por Santos (2011).

Equilíbrio líquido-líquido dos sistemas biodiesel de castanha do Brasil + metanol + (glicerina ou água): determinação experimental e modelagem termodinâmica

O biodiesel é definido como sendo uma mistura de monoésteres de ácidos graxos derivados de gorduras animal ou óleos vegetais, obtido por meio do processo de transesterificação com alcoóis de cadeia curta. Durante a sua produção é utilizada uma quantidade em excesso de álcool e um catalisador para favorecer a reação de formação dos ésteres; desta forma a corrente de saída do reator contém o catalisador, o álcool que não reagiu e os produtos da transesterificação, biodiesel e glicerina, formando um sistema bifásico; dependendo do grau de solubilidade desses compostos, pode haver quantidades de biodiesel na fase rica em glicerina e quantidades de glicerina na fase rica em biodiesel. Durante o processo de purificação do biodiesel é necessário executar uma lavagem com água, para promover a retirada do catalisador e impurezas do produto de interesse. Devido à quantidade de compostos envolvidos na produção e purificação é essencial conhecer os dados de equilíbrio líquido-líquido para poder predizer as proporções em que os compostos coexistem e, posteriormente, proceder com a purificação sob condições adequadas para obtenção do biodiesel com maior rendimento e auxiliar no projeto do reator e sistemas de separação. Os objetivos desse trabalho foram produzir o biodiesel a partir de uma planta oleaginosa nativa da região, a castanha do Brasil (Bertholletia excelsa H. B. K.) e, determinar dados de equilíbrio líquido-líquido (ELL) para os sistemas ternários: biodiesel de castanha do Brasil + metanol + glicerina e biodiesel de castanha do Brasil + metanol + água nas temperaturas de 30°C e 50°C. O biodiesel produzido foi inicialmente caracterizado segundo as normas da Agência Nacional de Petróleo (ANP) utilizando métodos físico-químicos. Os dados obtidos foram posteriormente correlacionados com os modelos termodinâmicos NRTL e UNIQUAC para o calculo do coeficiente de atividade de cada componente na fase liquida, com estimativa de novos parâmetros de interação energética. Os resultados obtidos com a modelagem foram satisfatórios, e foi observado que o modelo NRTL representou melhor os dados experimentais.

Influência de argilas pilarizadas na decomposição catalítica do óleo de andiroba

Amostras de esmectitas oriundas do estado do Pará, região amazônica, Brasil, foram usadas em processo de pilarização no presente estudo. As matrizes pilarizadas e natural foram caracterizadas usando DRX e analise textural usando isotermas de adsorção-desorção de nitrogênio. Os íons de intercalação (Al₁₃, Ti, Zr) foram obtidos através de reações químicas com soluções de AlCl₃6H₂O/ NaOH, etoxido de titânio/HCl, acetato de zircônio / HCl. Os resultados obtidos com o processo de pilarização apresentaram aumento do espaçamento basal de 15,6 para 20, 64 Å e área superficial de 44 para 358 m²/g (Zr-PILC). A estabilidade térmica da argila natural foi melhorada com o processo de pilarização. O material resultante foi submetido a um processo catalítico de decomposição do óleo de andiroba em um reator de leito fixo a 673 ± 1 K. A atividade catalítica foi determinada pelo produto de decomposição resultante da reação química. Os parâmetros físico-químicos foram obtidos usando DRX, FTIR e análise textural. As argilas pilarizadas apresentaram alta acidez de Brønsted, com alta concentração de hidrocarbonetos aromáticos e baixa concentração de hidrocarbonetos alifáticos.

Estudo comparativo entre reatores UASB e tanque séptico, em escala unifamiliar, no tratamento de esgoto de comunidade quilombola amazônica

Esta pesquisa apresenta o estudo comparativo de reatores anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) e tanque séptico (TS), a fim de investigar a utilização destes reatores em escala unifamiliar no tratamento de esgotos domiciliares. A pesquisa foi realizada em comunidade quilombola próxima a cidade de Belém- PA. Para isto, foram utilizados oito reatores UASB (em forma de “Y”.) e um tanque séptico prismático de câmara única. Os reatores UASB possuíam volume de 0,42 m³, enquanto que o tanque séptico volume de 4,20 m³. Cada reator foi instalado em um domicilio, sendo alimentados exclusivamente por esgoto negro (água, fezes e urina) oriundo dos vasos sanitários dos banheiros. Foi analisada a viabilidade técnica da utilização do primeiro em substituição ao segundo, tendo em vista que o TS é amplamente utilizado em locais do Brasil desprovidos de redes coletoras de esgoto. As operações foram realizadas simultaneamente durante aproximadamente 90 semanas, sendo monitorados parâmetros que possibilitaram a análise da estabilidade operacional e do desempenho de cada reator. Ao final da pesquisa foi observado que os reatores UASB apresentaram desempenho tão satisfatório ou melhor que o do TS no tratamento da matéria orgânica e de sólidos em suspensão. Com isso, ficou evidenciada a viabilidade da aplicação do reator UASB utilizado no tratamento unifamiliar de esgotos de pequenas comunidades rurais.

Metodologia de gestão do ciclo de vida de reatores

Nos sistemas elétricos de potência, os reatores em derivação são os equipamentos responsáveis pela redução ou mesmo anulação dos efeitos capacitivos indesejáveis na operação das linhas. Percebe-se, então, a importância desses equipamentos e a necessidade de mantê-los em perfeito funcionamento, pois uma falha grave gera um elevado custo de manutenção corretiva, queda nos indicadores de desempenho, além de multas por parte da agência reguladora - Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. O ciclo de vida de um reator em derivação envolve oito etapas - Planejamento, Especificação, Aquisição, Fabricação, Instalação, Comissionamento, Exploração e Desclassificação. Neste trabalho serão abordados apenas aspectos relativos à gestão da fase de exploração, que contempla o conjunto de processos de operação e manutenção de acordo com as perspectivas da empresa onde este estudo foi realizado. O processo de envelhecimento do reator pode ocorrer de diversas maneiras, no entanto o tempo de vida útil de um reator é condicionado essencialmente por dois fatores: a velocidade de envelhecimento e perda de robustez dos seus materiais e componentes e, as condições de funcionamento a que está sujeito ao longo do tempo. Para evitar danos aos reatores, as empresas de energia elétrica têm adotado procedimentos de manutenção preventivo e preditivo, que quando baseados em diagnósticos de diferentes métodos de avaliação tem um impacto fundamental na vida útil e confiabilidade dos reatores. Sendo a condição de degradação de um reator um processo contínuo no tempo, este pode ser classificado em cinco estágios: Novo, Normal, Anormal, Defeituoso e Falhado. Um índice de condição (IC) pode ser atribuído a cada um destes estágios de degradação, de acordo com os resultados de um conjunto de testes de diagnósticos para análise do estado de operação do reator e estimação da sua posição atual em relação ao seu ciclo de vida. Esta dissertação trata do desenvolvimento de uma metodologia para sistematizar a análise com a combinação de catorze diferentes métodos de diagnósticos e mapear os resultados em um modelo de condição que oriente o ciclo de vida do reator. A metodologia foi aplicada em dez reatores de 500 kV em duas subestações da Eletrobras-Eletronorte no Sistema de Transmissão do Pará, empresa na qual foi realizado este estudo.