Orientador: Arnaldo César da Silva Walter

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Atualmente, os sistemas de cogeração das usinas de açúcar e etanol operam com o bagaço de cana disponível, mas há perspectivas de que no futuro seja possível a produção de etanol a partir da sua hidrólise, devido à grande disponibilidade nas usinas e a seu baixo custo. Há, então, interesse...

Resumo: Atualmente, os sistemas de cogeração das usinas de açúcar e etanol operam com o bagaço de cana disponível, mas há perspectivas de que no futuro seja possível a produção de etanol a partir da sua hidrólise, devido à grande disponibilidade nas usinas e a seu baixo custo. Há, então, interesse na análise da operação dos sistemas de cogeração utilizando apenas a palha da cana, cuja disponibilidade aumenta na medida em que avança a colheita mecanizada. Ocorre que a palha é uma biomassa potencialmente problemática se a geração de vapor ocorrer a temperaturas elevadas, podendo haver a formação de depósitos, incrustações e corrosão das superfícies de troca térmica. Os pré-tratamentos convencionais impõem a lavagem da biomassa, para redução da concentração de alguns inorgânicos críticos, mas tal alternativa não é adequada dos pontos de vista ambiental, econômico e energético. Nesta dissertação foram consideradas duas configurações alternativas dos sistemas de cogeração. No Caso 1, que corresponde a uma solução elementar e mais segura, a geração de vapor ocorre a temperaturas abaixo de 400°C, e a pressões compatíveis. Já no Caso 2, a geração de vapor só com queima da palha ocorre a pressões elevadas, mas sempre com temperaturas abaixo de 400°C, e o superaquecimento externo do vapor é feito com queima do biogás produzido no processo de biodigestão da vinhaça. Em ambos os casos foram impostas condições de contorno que correspondem à disponibilidade máxima de palha de cana (50% da existente no campo), necessidade de atendimento da demanda de vapor de processo, e geração de eletricidade para, no mínimo, garantir a auto-suficiência da unidade industrial. O Caso 2 tem vantagens em um contexto em que há necessidade de produção de eletricidade excedente e quando a opção é economicamente viável. A análise de viabilidade econômica não era objetivo desta dissertação. A produção de eletricidade excedente no Caso 2 é considerável, tendo em conta a baixa disponibilidade de biomassa, mas os resultados podem ser melhorados, já que não foi feita a otimização do sistema do ponto de vista termodinâmico

Abstract: Currently, the cogeneration systems installed in sugarcane mills operate only burning sugarcane bagasse but in the future this biomass can be used as raw material for the production ethanol through the hydrolysis. Sugarcane bagasse has been considered for hydrolysis due to its...

Abstract: Currently, the cogeneration systems installed in sugarcane mills operate only burning sugarcane bagasse but in the future this biomass can be used as raw material for the production ethanol through the hydrolysis. Sugarcane bagasse has been considered for hydrolysis due to its availability at the mill site and to its lower cost. As consequence, there is interest on assessing cogeneration systems only burning sugarcane trash, also because its availability is increasing due to the continuous growth of the mechanized harvesting. However, burning sugarcane trash could be problematic if steam is raised at high temperatures, and operational problems as slagging, fouling and corrosion of the heat transfer surfaces are predicted. The conventional pre-treatment for reducing the concentration of critical inorganic components are mostly based on leaching; this process seems inadequate from an environmental, economic and energetic point of view. In this dissertation two alternative cogeneration systems were analyzed. The so-called Case 1 is a basic solution that allows the reduction of operational risks, in which steam is raised at temperatures below 400°C and at compatible pressures. In Case 2 steam is raised at temperatures below 400°C but at high pressures, and is subsequently superheated outside the boiler, using as fuel the biogas produced from vinasse biodigestion. In both cases the conditions imposed are: maximum sugarcane trash availability corresponds to 50% of the amount available at the field, before harvesting; steam demand shall be always matched; and electricity production should be enough, at least, for matching the industrial demand. Case 2 has advantages in case surplus electricity is necessary and in case of economic feasibility, but this was not an aim in this dissertation. Surplus electricity in Case 2 can be considered significant, taking into account the constraints regarding sugarcane availability. Case 2 results could be improved as the analyzed cogeneration system was not optimized from a thermodynamic point of view