Análises energética e exergética e modelo de simulação de um alto- forno de calcinação a gasogênio de biomassa de eucalipto

dc.creatorTomás Pessoa Londe Camargos
dc.date.accessioned2024-02-29T18:17:34Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:42:23Z
dc.date.available2024-02-29T18:17:34Z
dc.date.issued2023-12-04
dc.description.abstractIn calcination industries, there is a strong reliance on the use of fossil fuels to meet the energy demand of the limekilns, both on a global and national scale. However, due to restrictions on the use of fossil fuels arising from concerns such as the depletion of reserves, increased greenhouse gas emission regulations, and rising fuel costs, the quicklime industry has been exploring alternative fuels to fulfill the energy requirements of the calcination process. So, the main purpose of this study was to conduct energy and exergy assessments of the performance of a vertical limekiln in Brazil. This limekiln utilizes producer gas as a renewable biofuel, generated through the gasification of eucalyptus wood in an integrated system. The assessments were performed considering the main equipment involved in the process. Industrial data was collected, and mass, energy, and exergy balances were developed using thermodynamic principles. Supplementary information from the literature was used to complement the equipment characterization. The obtained novel results were compared and discussed with similar limekilns using fossil fuels and biomass gasifiers reported by the literature. The overall results for energy efficiency, exergy efficiency, exergetic sustainability index, depletion number, and environmental destruction index were 42.0%, 23.6%, 1.3, 0.8, and 4.2, respectively, for the calcination process. These results are consistent with those found in the literature used for reference. Based on these results, it was possible to investigate the sustainability of the calcination process operating with a renewable biofuel and identify opportunities for exergy recovery, such as the reutilization of heat from the limekiln's exhaust gases, valorization of exergy from the waste generated in the eucalyptus wood gasifier, and the reuse of lost heat from the limekiln and gasifier. These opportunities have the potential to promote biofuel savings, reduce quicklime production costs, and decrease the emission of pollutants during the calcination process. The conducted assessments can serve as a foundation and undergird researchers to explore the implementation of renewable biofuels, such as producer gas derived from eucalyptus wood, as an alternative to conventional fossil fuels used in limekilns.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/64998
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Restrito
dc.subjectEngenharia mecânica
dc.subjectEnergia
dc.subjectCalcinação (Metalurgia)
dc.subjectExergia (Termodinâmica)
dc.subjectBiomassa
dc.subjectBiocombustíveis
dc.subjectAltos-fornos
dc.subjectSustentabilidade
dc.subject.otherEnergia
dc.subject.otherExergia
dc.subject.otherBiocombustível
dc.subject.otherBiomassa
dc.subject.otherForno de cal
dc.subject.otherCalcinação
dc.titleAnálises energética e exergética e modelo de simulação de um alto- forno de calcinação a gasogênio de biomassa de eucalipto
dc.title.alternativeEnergy and exergy analyses and simulation model of a limekiln working with producer gas derived from eucalyptus biomass
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Andréa Oliveira Souza da Costa
local.contributor.advisor1Esly Ferreira da Costa Junior
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8728185124922423
local.contributor.referee1Viviane Santos Birchal
local.contributor.referee1Ralney Nogueira de Faria
local.contributor.referee1Luiz Machado
local.contributor.referee1Domingos Fabiano de Santana Souza
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6373264507156621
local.description.embargo2025-12-04
local.description.resumoNas indústrias de calcinação depende–se fortemente do uso de combustíveis fósseis para atender à demanda energética dos fornos de calcinação, tanto em cenário global como nacional. Contudo, devido a restrições do uso de combustíveis fósseis por causa de, por exemplo, preocupações quanto ao esgotamento de suas jazidas, aumento de restrições de emissões de gases do efeito estufa e crescimento do custo destes combustíveis, tem–se buscado no setor da cal combustíveis alternativos para suprir o requerimento energético do processo de calcinação. Assim, neste trabalho teve–se como objetivo principal realizar avaliações energéticas e exergéticas em um forno vertical de cal em operação no Brasil. Esse forno utiliza gasogênio como biocombustível renovável, produzido por meio da gaseificação de madeira de eucalipto em um sistema integrado. As avaliações foram conduzidas levando em consideração os principais equipamentos envolvidos no processo. Coletaram–se dados industriais e elaboraram– se balanços de massa, energia e exergia, aplicando–se princípios termodinâmicos. Para complementar a caracterização dos equipamentos, recorreu–se a algumas informações disponíveis na literatura. Os resultados obtidos foram comparados e discutidos com os de fornos de cal similares que utilizam combustíveis fósseis e gaseificadores de biomassa estudados pela literatura. Obtiveram–se resultados globais de eficiência energética, eficiência exergética, índice de sustentabilidade exergética, número de depleção e índice de destruição ambiental de 42,0%, 23,6%, 1,3, 0,8 e 4,2, respectivamente, para o processo de calcinação. Esses resultados são compatíveis com os encontrados na literatura utilizada como referência. Com base nesses resultados, foi possível investigar a sustentabilidade do processo de calcinação operando com biocombustível e identificar oportunidades de recuperação de exergia, como a recuperação do calor contido nos gases de exaustão do forno de cal, valorização da exergia dos resíduos gerados no gaseificador de madeira de eucalipto, e reaproveitamento do calor perdido no forno de cal e gaseificador. Essas oportunidades têm potencial para promover economia de combustível, reduzir os custos de produção de cal e diminuir a emissão de gases poluentes durante o processo de calcinação. Os diagnósticos realizados podem servir de base e estimular pesquisadores a explorar a implementação de biocombustíveis renováveis, como o gasogênio obtido a partir da gasificação de madeira de eucalipto, como uma alternativa aos combustíveis fósseis convencionais utilizados em fornos de cal.
local.identifier.orcid0000-0003-3174-9543
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica

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