Parte 06 - Biomassa UFJF

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Aproveitamento Energético de Biomassa
Universidade Federal de Juiz de Fora – UFJF
Faculdade de Engenharia
Departamento de Energia Elétrica
Aproveitamento Energético de Biomassa
ENE105
Parte 06
Professor: Leonardo Willer de Oliveira
E-mail: leonardo.willer@engenharia.ufjf.br
Aproveitamento Energético de Biomassa
Prof. Leonardo Willer de Oliveira
Exemplo de Cálculo
 Em uma planta de queima de eucalipto para produção de
energia, conhecendo-se a composição dos gases
produzidos na saída da fornalha (RO2f = 17,7% e O2f = 3,5%)
e na saída da caldeira (RO2ge = 13,7% e O2ge = 7,01%), e a
temperatura na saída da caldeira (t = 200 ºC), determinar:
22
temperatura na saída da caldeira (tge = 200 ºC), determinar:
...continuação
f) Volume de gases secos
g) Concentração de cinzas nos produtos da combustão, considerando a
fração de cinzas arrastada pelos gases de 60%
h) Entalpia dos gases da combustão na saída da caldeira
j) Entalpia do ar
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Prof. Leonardo Willer de OliveiraBalanço de Massa
e Energia na Combustão
Na combustão com α > 1, considerando o volume real
    31 1 0 0161 1, , /o o og g a aV V V V m kg          
33
 
 
2
2 2
2 2
1 1
0 0161 1,
g gs H O
o o
gs RO N a
o o
H O H O a
V V V
V V V V
V V V
 
      
     
( CNTP )
Volume de ar em excesso Volume da umidade do ar
em excesso
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e Energia na Combustão
Concentração de cinzas:
310 /
t
arrA a g m
V
 
 
44
gV
aarr fração de cinzas arrastada pelos gases(%)
(dados experimentais para fornalhas)
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e Energia na Combustão
Entalpia dos produtos da combustão
Considera-se 1 kg de combustível
Entalpia teórica dos gases
55
Entalpia teórica dos gases
2 2 2 2 2 2
100
o o o
g RO RO N N H O H O
t
cin arr
h V h V h V h
A
h a kJ kg
      
  , /
hi entalpia do componente i do gás, kJ/m3
hcin entalpia da cinza, kJ/kg
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Entalpia dos produtos da combustão
Considera-se 1 kg de combustível
Entalpia real  
66
Entalpia real  1 kJ/kg,o og g ah h h    
entalpia teórica do ar, kJ/kg
har entalpia do ar, kJ/m3
kJ/kgo oa a arh V h  ,
o
ah
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Entalpias médias de 1 m3 de ar e gases e de 1 kg de cinzas
Temperatura 
(ºC)
hCO2
(kJ/m3)
hN2
(kJ/m3)
hH2O
(kJ/m3)
har
(kJ/m3)
hcin
(kJ/m3)
200 -357,55 -260,00 -304,38 -266,28 -169,14
77
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p
ad
rã
o
a
tm
)
Entalpia padrão “0”
O2 gasoso
N2 gasoso
H2 gasoso
Balanço de Massa
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88B
al
an
ço
d
e
E
n
e
rg
ia
E
nt
a
lp
ia
d
e
fo
rm
aç
ã
o
o
u
d
a
su
b
st
â
n
ci
a
(2
5
º
C
e
1
Elemento Massa Molecular
(g/mol)
H2O 18,02
CO2 44,01
SO2 64,07
CH4 16,04
CO 28,01
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Exemplo de Cálculo
...continuação
No estudo de caso anterior, , considerando uma concentração de 2% de
gás metano e de 10% de monóxido de carbono na saída, determinar :
99
gás metano e de 10% de monóxido de carbono na saída, determinar :
k) Massa aproximada de todos os gases
l) Entalpia da biomassa
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Em CNTP
Elemento Densidade
(kg/m3)
H O 0,805
Balanço de Massa
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1010
H2O 0,805
CO2 1,977
SO2 2,860
CH4 0,656
CO 1,140
H2 0,090
N2 1,160
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Salto Entálpico
Biomassa + Ar = RO2 + H2O + N2 [kJ/kg]
Balanço de Massa
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1111
Variação de entalpia ou salto entálpico (Δh) na
combustão
PCIb : Poder calorífico inferior para a biomassa
b f f
PRODUTOS REAGENTES
h PCI h h     
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Salto Entálpico
Balanço de Massa
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b f f
PRODUTOS REAGENTES
h PCI h h     
1212
Reescrevendo
   2 2 2 2 2 2       b fCO fSO fH O fN fb fN fOPCI h h f f h f f
ReagentesProdutos
hfb : Entalpia de formação da biomassa
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Exemplo de Cálculo
...continuação
No estudo de caso anterior, considerando combustão incompleta com a
adição de 16% de CO e 2% de CH4 na composição do gás, determinar:
1313
m) Eficiência a frio do processo de combustão
n) Eficiência a quente do processo de combustão
o) Eficiência elétrica média do grupo motor-gerador para carga máxima
(potência de 2,5 kW) e uma vazão de gás de 15 m3 por hora
p) Taxa de alimentação de biomassa necessária para alcançar a
eficiência da letra n
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Poder Calorífico Inferior para gás de biomassa
PCI = 126*C + 358*C + 108*C + 590*C
Balanço de Massa
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1414
PCIg = 126*CCO + 358*CCH4 + 108*CH2 + 590*CC2H4
+ 637*CC2H6 (kJ/m3)
NOGUEIRA, L.A.H.; LORA, E E.S. Dendroenergia: fundamentos 
e aplicações. 2ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2003
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Eficiência
Eficiência (Frio) – Aplicações MACI e Turbinas a Gás
Eficiência (Frio) = Y . PCIg / PCIb
Y- m3 do gás por kg de biomassa
Balanço de Massa
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1515
Y- m3 do gás por kg de biomassa
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Eficiência
Eficiência (Quente) – Aplicações térmicas (fornos)
Eficiência (Quente) = Y . hg / hb
Y- kg de gás por kg de biomassa
Balanço de Massa
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1616
Y- kg de gás por kg de biomassa
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Eficiência do grupo motor-gerador elétrico
Pele / (PCIg * vazão gás por segundo)
Balanço de Massa
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1717
Pele: Potência elétrica de saída do gerador