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Tipo de Documento: Dissertação
Título : Características de fluidização de misturas binárias contendo casca residual de mandioca e areia
Autor : Rocha, Raquel Estevez
Fecha de publicación : 28-feb-2023
Director(a): Prado, Manoel Marcelo do
Resumen: O melhor gerenciamento de recursos naturais se tornou uma pauta global, e nos últimos anos, tem havido uma tendência mundial de aumento no uso de fontes renováveis de energia. Nesse contexto, a conversão de biomassa em energia vem crescendo em importância, tendo em vista substituir a demanda por combustíveis fósseis, além de diversificar as fontes de energia. A mandioca (Manihot esculenta Crantz) é uma das lavouras temporárias de maior destaque no Brasil, com mais de 18,1 milhões de toneladas produzidas somente no ano de 2021. Toda essa produtividade gera resíduos, que na maioria das vezes, não têm um descarte adequado. Dentre os resíduos sólidos, a casca da mandioca, devido às suas características lignocelulósicas, constitui uma valiosa fonte de biomassa para a produção de bioenergia. A tecnologia de leito fluidizado apresenta-se como potencial alternativa, tanto para a secagem, como operação de pré-tratamento da biomassa, a fim de reduzir seu elevado teor de umidade, como para os processos de conversão termoquímica. Essa tecnologia, ao promover uma intensa mistura entre as partículas e o fluido, intensifica as taxas de transferência de calor e massa, e de conversão. Para auxiliar na fluidização de diferentes biomassas, partículas inertes têm sido comumente empregadas. Logo, diante da escassez de informações na literatura sobre a aplicação da técnica de leito fluidizado para o processamento da casca residual da mandioca, o objetivo deste trabalho foi investigar os comportamentos fluidodinâmicos de componentes individuais e misturas binárias contendo partículas da biomassa da casca de mandioca e areia quartzosa em leito fluidizado. Os ensaios fluidodinâmicos foram conduzidos em uma típica unidade experimental de leito fluidizado com ar à temperatura ambiente. Foram utilizadas misturas binárias de biomassa de 1,29 mm com areia quartzosa, obedecendo um planejamento fatorial 3 3 , a fim de avaliar além da influência do diâmetro da partícula de inerte (1,29 mm e 0,93 mm), os efeitos da razão L/D de leito estático (1, 1,5 e 2), da fração volumétrica (25%, 50% e 75%) e do teor de umidade da biomassa (10%, 42,5% e 75% b.u.) sobre os parâmetros de fluidização. Os dados de queda de pressão e velocidade foram coletados através de um manômetro diferencial do tipo tubo em U e um anemômetro, respectivamente. Os resultados para as misturas binárias mostraram que a razão L/D de leito estático influenciou o comportamento das velocidades incipiente e de completa fluidização. Já a umidade das partículas afetou significativamente todas as velocidades, incluindo a de mínima fluidização, principalmente à medida que a proporção volumétrica da biomassa e a razão de leito estático aumentaram. A proporção de biomassa afetou de maneiras diferentes a biomassa úmida e seca e as velocidades aumentaram de forma geral para o inerte de maior diâmetro. O fenômeno de slugging observado nos leitos com biomassa pura, não ocorreu com as misturas binárias, indicando uma melhora da qualidade de fluidização da mistura com o uso da areia como inerte, em consonância com os dados de ângulo de repouso obtidos. Com base na análise fluidodinâmica realizada, as condições mais adequadas para se obter maiores qualidade e estabilidade de fluidização, tanto para secagem da casca de mandioca úmida (75% b.u.), como para os processos de conversão termoquímica da biomassa desidratada (10% b.u.), foram aquelas empregando a mistura binária com a areia de menor diâmetro de partícula (0,93 mm), com 75% de fração volumétrica de biomassa e razão L/D de 1,5. Para perspectivas de estudos decorrentes desta linha de pesquisa tem-se, portanto, a definição das condições de operação ótimas para aumentar a eficiência térmica de um secador de leito fluidizado tendo como referência os dados fluidodinâmicos aqui determinados, bem como para a aplicação da casca de mandioca e areia quartzosa em um reator de leito fluidizado.
Resumen : The better management of natural resources has become a global agenda and in recent years there is a global trend towards an increase in the use of renewable energy sources. In this context, the conversion of biomass into energy has grown in importance, in order to replace the demand for fossil fuels, as well as to diversify energy sources. Cassava (Manihot esculenta Crantz) is one of the most prominent temporary crops in Brazil, with more than 18.1 million tons produced in 2021. All this productivity generates waste that most often does not have proper disposal. Among solid residues, the cassava peel represents a valuable source of biomass for the production of bioenergy due to its lignocellulosic characteristics. Fluidized bed technology appears as a potential alternative, both for drying as biomass pre-treatment, in order to reduce its high moisture content, and for thermochemical conversion processes. This technology, by promoting an intense mixing between the particles and the fluid, intensifies the rates of heat and mass transfer, and of conversion. To assist in the fluidization of different biomasses, inert particles have been commonly used. Therefore, given the scarcity of information in the literature on the application of the fluidized bed technique for the processing of residual cassava husk, the objective of this work was to investigate the fluid dynamic behavior of single components and binary mixtures containing biomass particles from cassava peel and sand particles in fluidized bed. The fluid dynamic tests were carried out in a typical fluidized bed with air at room temperature, binary mixtures of 1.29 mm biomass with sand of 1.29 mm and 0.93 mm, following a 33 factorial design, in order to evaluate the effects of the bed aspect ratio L/D (1, 1.5 and 2), of the volumetric fraction (25%, 50% and 75%) and of the moisture content of the biomass (10%, 42.5% and 75% b.u.), in addition to influence of the inert particle diameter on the fluidization parameters. Pressure drop and velocity data were measured using an U-tube differential manometer and an anemometer, respectively. The results for the binary mixtures showed that the bed aspect ratio influenced the behavior of the incipient and complete fluidization velocities. The moisture of the particles significantly affected all velocities, including the minimum fluidization, mainly as the volumetric proportion of biomass and the bed aspect ratio increased. The proportion of biomass affected moist and dried biomass in different ways and the velocities generally increased for the larger diameter inert. The slugging phenomenon seen for pure biomass beds did not occur with the binary mixtures, indicating an improvement in the fluidization quality of the mixture with the use of sand as inert, in line with the angle of repose data obtained. Based on the fluid dynamic analysis carried out, the most suitable operating conditions to obtain greater fluidization quality and stability, both for drying the wet cassava peel (75% b.u.) and for the thermochemical conversion processes of the dehydrated biomass (10% b.u.), were those using the binary mixture with the sand having the smallest particle diameter (0.93 mm), with 75% volumetric fraction of biomass and L/D ratio of 1.5. For perspectives of studies resulting from this line of research, there is the definition of the optimal operating conditions to increase the thermal efficiency of a fluidized bed dryer, having as reference the fluid dynamic data determined here, in addition to the application of cassava peel and quartz sand in a fluidized bed reactor.
Palabras clave : Mandioca
Biomassa
Resíduos orgânicos
Manihot esculenta C.
Resíduo
Leito fluidizado
Parâmetros fluidodinâmicos
Residue
Biomass
Fluidized bed
Fluid dynamics parameters
Área CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma : por
Institución: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Posgrado: Pós-Graduação em Engenharia Química
Citación : ROCHA, Raquel Estevez. Características de fluidização de misturas binárias contendo casca residual de mandioca e areia. 2023. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2023.
URI : https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25886
Aparece en las colecciones: Mestrado em Engenharia Química

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