Análise energética e exergética de processo de purificação não convencional de biodiesel : modelagem, simulação e análise

Abstract

RESUMO: Atualmente todos os países buscam por fontes renováveis de combustíveis, levando em consideração sua qualidade, o aspecto econômico e ambiental no âmbito de sua produção e purificação. Levando em consideração este cenário mundial, o biodiesel surge como uma alternativa para suprir as necessidades energéticas,em se tratando de combustíveis em termos de economia levando em consideração o cenário atual (2022), quanto ao preço do mercado internacional, e em termos ambientais. Existem inúmeros estudosem termos de técnicas de purificação do biodiesel juntamente com análises comparativas de suas eficiências na separação da glicerina do biodiesel, porém, não há estudos suficiente sob o ponto de vista da análise Termodinâmica dos processos de separação. Este trabalho propõe uma análise da eficiência energética, exergética e da destruição de exergiade três processos não convencionais de purificação de biodiesel: processo de separação utilizando membranas, por centrifugação e extração convencional e supercrítica. Dados obtidos de trabalhos anteriores, em escala laboratorial, foram analisados e simulados utilizando metodologia matemática própria. A simulação levará em consideração as variáveis de processos como temperatura, velocidade, pressão, rotação, composição (água, biodiesel e glicerina) e potência dependendo do tipo de processo. De acordo com os resultados foi proposto uma análise estatística, objetivandoa influência dos parâmetros de operação e as variáveis respostas: destruição de exergia, eficiência de separação de energia e de exergia.Observou-se que no caso da membrana a água a partir de 20% de teor tornou o processo inviável indicando eficiência exergética próxima de zero. Há também um indicativo de pouca influência da variação da pressão e tamanho dos poros. No processo de centrifugação observou-se que os piores resultados em termos de eficiência exergética e energética foram para temperaturas de 40oC e que os melhores resultados foram para altas rotações. No caso da extração os processos que envolvem temperaturas altas observou-se um aumento da eficiência exergética e energética em todos os casos e quando a extração é supercrítica apesar de aumentar a eficiência de separação, a destruição de exergia é a maior em relação aos outros processos. Quando se comparam os processos não convencionais, na maioria das configurações, observa-se que apesar de a eficiência de separação ser alta, a destruição de exergia está acima dos processos convencionais, de acordo com trabalhos anteriores, variando de aumento de 1000% a 35000% o que demonstra que processos não convencionais de purificação de biodiesel não são viáveis industrialmente. Apenas 3 configurações utilizando membranas demonstraram valores satisfatório de separação nas configurações de 8?m de abertura de poro e 200kPa, um indicativo, que na maioria dos cenários é impossível a purificação, porém, em uma situação ótima é possível tornar o processo viável

ABSTRACT: Currently, all countries are looking for renewable sources of fuel, taking into account their quality, economic and environmental aspects in the context of their production and purification. Taking into account this world scenario, biodiesel appears as na alternative to meet energy needs, when it comes to fuels in terms of economy, taking into account the current scenario (2022) and in environmental terms. There are numerous studies in terms of biodiesel purification techniques together with comparative analyzes of their efficiency in the separation of glycerin from biodiesel, however, there are not enough studies from the point of view of Thermodynamic analysis of the separation processes. This work proposes an analysis of the energy efficiency, exergy and exergy destruction of three unconventional processes of biodiesel purification: separation process using membranes, by centrifugation and conventional and supercritical extraction. Data obtained from previous works, on a laboratory scale, were analyzed and simulated using our own mathematical methodology. The simulation will take into account process variables such as temperature, speed, pressure, rotation, composition (water, biodiesel and glycerin) and power depending on the type of process. According to the results, a statistical analysis was proposed, aiming at the influence of the operating parameters and the response variables: exergy destruction, energy and exergy separation efficiency and finally. A comparative analysis of the exergy destruction and exergetic efficiency of the three separation processes together with the analysis of the environmental impacts (exergoenvironmental analysis). According to the results, it was observed that in the case of the membrane, water from 20% of content made the process unfeasible, indicating exergetic efficiency close to zero. There is also an indication of little influence of pressure variation and pore size. As for the pore size, the process in which the opening is 0.1?m had the worst results, indicating therefore that this configuration is not recommended. In the centrifugation process, it was observed that the worst results in terms of exergetic and energetic efficiency were for temperatures of 40oC and that the best results were for high rotations. In the case of extraction processes involving high temperatures, an increase in exergy and energy efficiency was observed in all cases and when the extraction is supercritical, despite the separation efficiency being the highest, the exergy destruction is the highest in all cases. cases. When comparing the unconventional processes, according to the results and in most configurations, it is observed that although the separation efficiency is high, the exergy destruction is above conventional processes ranging from 1000% to 35000% increase. which demonstrates that unconventional biodiesel purification processes are not industrially viable. Only 3 configurations using membranes showed satisfactory values of separation in the configurations of 8?m of pore opening and 200kPa, an indication that in most scenarios purification is impossible, however, in an optimal situation it is possible to make the process viable