Aplicação do método REDIM para a simulação computacional da combustão do biogás

Abstract

O biogás é uma fonte de energia renovável obtida através da biodigestão anaeróbia de dejetos animais ou vegetais, ou também obtido através da decomposição dos dejetos depositados em aterros sanitários. Atra - vés da combustão computacional podemos analisar a cinética química da combustão do biogás e buscar formas de otimizar seu rendimento, aumentar seu potencial calorífico e também reduzir a emissão de po - luidores. Um mecanismo cinético típico da combustão do biogás contém dezenas de espécies e centenas de reações químicas, o que torna cara a simulação computacional deste processo para muitas aplicações práticas. Afim de reduzir a demanda computacional, existem métodos de simplificação desses mecanis - mos. Neste trabalho, investigamos a construção de mecanismos químicos reduzidos para a combustão bi - ogás/ar através do método REDIM (Reaction-Diffusion Manifold). Este é um método de redução automá- tica de mecanismos químicos baseado na estrutura multi-escalar dos fluxos reativos e na hipótese da de - composição do sistema dinâmico em modos rápidos e lentos. Uma grande vantagem desse método é o tra - tamento do acoplamento entre a cinética química e os fenômenos de transporte. O primeiro passo de nos - so trabalho foi a escolha da composição do biogás para ser usado como mistura combustível em nossos cálculos. Para tanto, trabalhamos com a mistura de 60\% de metano (CH 4), 39% de dióxido de carbono (CO2 ) e 1% de nitrogênio (N2), a qual é típica dos biogases produzidos no oeste do Paraná a partir de de - jetos de suínos. Como oxidante consideramos o ar puro (79% N2 + 21% O2 ). Em seguida, uma série de chamas unidimensionais counterflow foram simuladas empregando mecanismo químico detalhado. Aqui, o programa computacional INSFLA foi utilizado. Tais chamas foram utilizadas para construir condições iniciais para a inicialização dos cálculos REDIM. Estes foram feitos com o programa computacional HOMREA. Por fim, dois mecanismos reduzidos foram gerados, um unidimensional e outro bidimensio- nal. O sucesso na obtenção de tais mecanismos simplificados nos permite concluir a alta aplicabilidade da técnica REDIM na geração de mecanismos reduzidos para a combustão de biogás/ar. Entre os objetivos futuros deste trabalho está o tratamento das tabelas REDIM geradas para a simulação de chamas lamina - res biogás/ar, podendo comparar as chamas com outros mecanismos de redução química e até realizar a comparação com mecanismos reais de combustão