Viabilidade energética da operação de motores a biogás acoplados a sistema de remoção de gás carbônico

Abstract

Este trabalho visa avaliar a viabilidade energética de um equipamento para enriquecimento de metano em correntes de biogás acoplado a um motor de combustão interna alternativo. O biogás é enriquecido pela retirada de gás carbônico por meio de um processo de absorção física com água, simulado pelo software ASPEN. Os dados de simulação são utilizados para treinar uma rede neural, resultando em um modelo que responde aos parâmetros de vazão de água, temperatura da água no processo e fração mássica de metano. A corrente de biogás enriquecida alimenta um modelo de motor de combustão interna alternativo, cujo comportamento foi encontrado na literatura. As diferentes concentrações do biogás afetam a eficiência e a potência do motor. A simulação do sistema acoplado mostrou-se viável para a maior parte da faixa analisada. Obteve-se um ganho de até 6,45% na potência e até 3,34% na eficiência da instalação, ao operar o motor a 3600 rpm. Nos apêndices, é disponibilizado o código do programa usado para desenvolver este trabalho, no software EES.

This work aims at evaluating the energetic feasibility of equipment for methane enrichment on biogas flows connected to an alternative internal combustion engine. Biogas is enriched by removing carbonic dioxide with a physical absorption process, simulated by ASPEN software. Data from the simulation are used to train an artificial neural network, resulting in a mathematical model that responds to the parameters of water flow, water temperature during the process and methane’s mass fraction in biogas. The enriched biogas flow is the inlet to an alternative internal combustion engine’s mathematical model, which the behavior was found on the literature. The different concentration of the biogas affects engine’s efficiency and power. The simulation of the system connected showed to be feasible to most part of the analyzed speed range. A gain of up to 6.45% in power and 3.34% in system’s efficiency were obtained while operating the engine at 3600 rpm. In the appendix, the code of the generated program used to develop this work is avaliable.