Modelagem e simulação da fixação de emissões de grupo motogerador por cultivo de microalgas em fotobiorreatores industriais

Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCoorientador: Dr. Wellington BalmantCoorientador: Prof. Dr. André Bellin MarianoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 28/02/2018Inclui referências: p.63-73Resumo: Nesta dissertação é apresentada a aplicação do modelo matemático para a simulação e ajuste do processo de fixação de gases de combustão de um motogerador, em uma coluna de fixação de emissões com o meio de cultivo de microalgas. Os gases de combustão foram resfriados antes de ser enviados à coluna de fixação. A coluna de fixação de emissões está construída com 9 m de altura e 0,384 m de diâmetro e com divisões internas para aproveitar a maior transferência de massa entre os gases e o cultivo de microalgas. A espécie de microalga utilizada foi a Acutodesmus obliquus, cultivada em um fotobiorreator compacto formado de tubos transparentes com 2,6 m3 de volume. A modelagem matemática para este sistema adotou o Método de Elemento de Volume (MEV), o qual foi aplicado no processo de transferência de calor para resfriar a temperatura dos gases de combustão assim como na transferência de massa da dissolução de CO2, NO2, SO2, e captura biológica celular pelas microalgas. As leis físicas utilizadas foram baseadas na lei de conservação de energia e da massa. A modelagem foi dividida em quatro Volume de Controle (VC) e posteriormente estes VC foram subdivididos em Elementos de Volume (EV). Como resultado, apresenta-se a modelagem e a validação numérica de um sistema de engenharia capaz de fixar gases de combustão e aumentar a produção de biomassa de microalgas, resfriando os gases de combustão à temperatura ambiente e usando uma vazão de 35000 L.h-1 em um período de 11 dias. Portanto, conclui-se que é possível realizar modelos que visem a melhoria de processos de captura de gases, parametrizando e ajustando com os dados experimentais. A dissolução das emissões no meio de cultivo transformadas biologicamente pelas microalgas podem diminuir a poluição no ambiente. Palavras-chave: Fixação de emissões. Motogerador. Microalga. Modelagem matemática.Abstract: This presents a mathematical model application for a simulation and adjustment of the process of fixation of flue gases of a genset, in a column purification of emissions with microalgae culture medium. The flue gases were cooled before being sent to the purification column. An emission fixation column is constructed with 9 m of height and 0,384 m in diameter with internal divisions to increase the mass transfer between the gases and the culture of microalgae. The species of microalga employed in this systems the was Acutodesmus obliquus, cultivated in a compact photobioreactor composed by transparent tubes with 2,6 m3 of volume. The mathematical methodology for this system adopted Volume Element Method (MEV) which was applied in the process of heat transfer to reduce the temperature of the flue gases as the mass transfer of the dissolution of CO2, NO2, SO2, and cellular biological capture by microalgae. The physical laws used were based on the law of conservation of energy and mass. The modeling was divided in four Control Volumes (CV) and more these VC were subdivided into Volume Elements (VE). As a result of both the modeling and the validation, a system capable of fixing combustion gases and microalgae biomass production, cooling combustion gases at room temperature and using a flow rate of 35000 L.h-1 in a period of 11 days. Therefore it is concluded that is possible to realize models that aim at an improvement of gas capture processes, parameterizing and adjusting the experimental data. The dissolution of the emissions into the culture medium biologically transformed by microalgae, reduce the pollution in the environment. Keywords: Emission fixation. Genset. Microalga. Mathematical model