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SOLUÇÃO SEMIANALÍTICA DE UM MODELO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM LEITO DE ARRASTO
Juscelino de Almeida Jr, Jaci Carlo S. Câmara Bastos, Sávio Leandro Bertoli

Última alteração: 2016-09-19

Resumo


A substituição dos combustíveis fósseis por combustíveis renováveis vem sendo intensamente investigada pela comunidade científica nas últimas décadas e o craqueamento térmico de biomassa para a produção de biocombustíveis apresenta-se como uma alternativa atraente neste cenário. O craqueamento térmico é o termo utilizado para nominar a transformação química irreversível de substâncias ricas em carbono e hidrogênio, provocada pela ação do calor numa atmosfera desprovida de oxigênio. A reação é predominantemente endotérmica e acontece na faixa de temperatura compreendida entre 300 a 800°C. Portanto, fica evidente que a análise dos fenômenos de transferência de calor e de reação química é de extrema importância no conhecimento técnico e científico deste processo. Neste sentido, este trabalho visa propor dois modelos matemáticos que representem os fenômenos de transferência de calor e conversão química em um reator pirolítico de leito de arrasto. O primeiro trata a temperatura da partícula a parâmetros concentrados, já o segundo considera o perfil de temperatura no interior da partícula (modelagem a parâmetros distribuídos). O modelo a parâmetros concentrados é descrito por um sistema de equações diferenciais ordinárias - EDOs de primeira ordem e sua solução é baseada no Método Analítico Finito - MAF. Desta forma, torna-se possível incorporar termos não-lineares nas equações do modelo e fazer uso de um procedimento numérico em que o passo de integração possa ser arbitrariamente pequeno sem que ocorram problemas de estabilidade e convergência. Já o modelo a parâmetros distribuídos é descrito por um sistema de equações diferenciais parciais - EDPs de segunda ordem e a solução é desenvolvida através de um método híbrido composto pelo Método das Diferenças Finitas - MDF e o Método Analítico Finito - MAF. O sistema de EDPs é discretizado através do MDF e resolvido por um algoritmo original com base no MAF. O algoritmo foi implementado em linguagem Fortran e testado, auferindo resultados excelentes quando comparados à solução de modelos cinéticos de craqueamento térmico de óleos vegetais oriundos de outros trabalhos do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Tendo em vista o êxito encontrado na solução de EDOs, o algoritmo foi incorporado a uma rotina de regressão numérica baseada no método COMPLEX. Novamente os resultados foram excelentes, apresentando a consistência e precisão anteriormente observadas. Por fim, como era de se esperar, o novo algoritmo/ferramenta de solução de EDOs baseada no MAF mostrou-se confiável e versátil quando combinada ao MDF despontando como um método promissor na solução de sistemas de EDOs ou EDPs especialmente nos modelos de craqueamento térmico.


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