Loading...
Publication
Simulação dinâmica da utilização de zeólitos em processos de adsorção
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 1.61 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
O armazenamento de energia térmica por adsorção (ATES) tem sido estudado como uma solução sustentável para enfrentar os desafios energéticos globais, permitindo o uso eficiente e confiável de fontes renováveis. Este trabalho aborda a simulação e análise do processo ATES com o Zeólito 13X como adsorvente, devido às suas propriedades favoráveis, como elevada densidade de armazenamento e capacidade de adsorção de água. A metodologia incluiu a modelagem detalhada de ciclos de adsorção/desorção no software Aspen Adsorption, com base no processo TSA (Temperature Swing Adsorption), que alterna entre a retenção de calor em baixas temperaturas e a regeneração térmica em temperaturas mais elevadas. Para a simulação, foram definidos parâmetros-chave, como a isotérmica de adsorção mais adequada (Freundlich Tipo 2), pressões operacionais de até 10 bar e temperatura inicial de 16 °C. A análise do ciclo organizador foi conduzida para maximizar a eficiência do sistema considerando variáveis como tempos de adsorção, desorção e arrefecimento. Os resultados demonstraram que o Zeólito 13X oferece viabilidade prática para aplicações em aquecimento e refrigeração, devido à sua estabilidade térmica e ao calor de adsorção significativo. A relevância desta pesquisa está na possibilidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis e mitigar emissões de CO₂. No entanto, dificuldades foram enfrentadas durante a simulação, como erros recorrentes de integração no software Aspen Adsorption. Estes erros resultaram em inconsistências nos dados gerados e exigiram múltiplas interações para corrigir os parâmetros e obter resultados coerentes. Estas limitações evidenciam a complexidade da modelagem de sistemas TSA, bem como a importância de uma calibração detalhada do software para simulações de maior precisão. Adicionalmente, os resultados destacaram a importância de otimizar o design do sistema TSA para atender às necessidades energéticas atuais, aumentando a capacidade de regeneração e eficiência geral do processo.
Abstract Adsorption thermal energy storage (ATES) has been studied as a sustainable solution to meet global energy challenges, enabling the efficient and reliable use of renewable sources. This work addresses the simulation and analysis of the ATES process with Zeolite 13X as the adsorbent, due to its favourable properties such as high storage density and water adsorption capacity. The methodology included detailed modelling of adsorption/desorption cycles in the Aspen Adsorption software, based on the TSA (Temperature Swing Adsorption) process, which alternates between heat retention at low temperatures and thermal regeneration at higher temperatures. Key parameters were defined for the simulation, such as the most suitable adsorption isotherm (Freundlich Type 2), operating pressures of up to 10 bar and an initial temperature of 16 °C. Organiser cycle analysis was conducted to maximise the efficiency of the system, considering variables such as adsorption, desorption and cooling times. The results showed that Zeolite 13X offers practical viability for heating and cooling applications, due to its thermal stability and significant heat of adsorption. The relevance of this research lies in the possibility of reducing dependence on fossil fuels and mitigating CO₂ emissions. However, difficulties were faced during the simulation, such as recurring integration errors in the Aspen Adsorption software. These errors resulted in inconsistencies in the data generated and required multiple interactions to correct the parameters and obtain coherent results. These limitations highlight the complexity of modelling TSA systems, as well as the importance of detailed software calibration for more accurate simulations. Additionally, the results highlighted the importance of optimising the design of the TSA system to meet current energy needs, increasing the regeneration capacity and overall efficiency of the process.
Abstract Adsorption thermal energy storage (ATES) has been studied as a sustainable solution to meet global energy challenges, enabling the efficient and reliable use of renewable sources. This work addresses the simulation and analysis of the ATES process with Zeolite 13X as the adsorbent, due to its favourable properties such as high storage density and water adsorption capacity. The methodology included detailed modelling of adsorption/desorption cycles in the Aspen Adsorption software, based on the TSA (Temperature Swing Adsorption) process, which alternates between heat retention at low temperatures and thermal regeneration at higher temperatures. Key parameters were defined for the simulation, such as the most suitable adsorption isotherm (Freundlich Type 2), operating pressures of up to 10 bar and an initial temperature of 16 °C. Organiser cycle analysis was conducted to maximise the efficiency of the system, considering variables such as adsorption, desorption and cooling times. The results showed that Zeolite 13X offers practical viability for heating and cooling applications, due to its thermal stability and significant heat of adsorption. The relevance of this research lies in the possibility of reducing dependence on fossil fuels and mitigating CO₂ emissions. However, difficulties were faced during the simulation, such as recurring integration errors in the Aspen Adsorption software. These errors resulted in inconsistencies in the data generated and required multiple interactions to correct the parameters and obtain coherent results. These limitations highlight the complexity of modelling TSA systems, as well as the importance of detailed software calibration for more accurate simulations. Additionally, the results highlighted the importance of optimising the design of the TSA system to meet current energy needs, increasing the regeneration capacity and overall efficiency of the process.
Description
Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica, na Área de Especialização Processos Químicos
Keywords
Zeólito 13X Adsorção por variação de temperatura (TSA) Simulação de processos Eficiência energética Zeolite 13X Temperature variation adsorption (TSA) Process simulation Energy efficiency
Citation
CARVALHO, Carolina Morgado – Simulação dinâmica da utilização de zeólitos em processos de adsorção. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. 2024. Dissertação de Mestrado.