| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
This dissertation consists of a numerical and theoretical thermodynamic and economical study
of a small scale wood biomass gasi cation of two systems using internal combustion of two
engines; the RCX-210 engine of the MRX-50 motor pump for System 1 and the engine of a
Honda CG-125 Titan motorcycle for System 2.
This analysing consisted on using the Aspen Plus software for modeling the prototype
of the two system to study the thermoenergetic analysis numerically as well as the laws of
thermodynamics, obtaining as a results the composition of syngas 20.68% CO2, 13% CO,
60.07% N2, 0.133% H2, and 0.0339% CH4 of mass fraction with 5500 KJ/Kg of LHVsyngas for
0.577*103 Kg/s of biomass for system 1 and respectively, 21.25, 10.92, 51.58, 0.933, 0.000198
for CO2, CO, N2, H2, and CH4 for 1.6*103 Kg/s of biomass for system 2. The power delivered
to the shaft of the System 1 engine value is 2.561 kW and for the System 2 engine value is 6.40
kW.
Moreover, with the global energy analysis an e ciency of 22.8% was obtained for system 1
and 20.27% for system 2 , observing how e ciently the biomass was converted to the operation
of the system. The Third Law of Thermodynamics was applied, identifying the exergetic
performance analysis, with irreversibilities values for the System 1 engine value is 4.22 kW and
for the System 2 engine value is 11.52 kW.
Finally, an overall exergetic e ciency of 24.4% for system 1 and 21.63% for system 2.
The economic analysis consisted on determining the annual saving expected (ASE) to study
the payback period which is 4 years with a 12% of interest rate. The Net Present Value (NPV)
ranges from 4 430.332 - 11 177.64e for 2000-6000 h/year of operation period and the Internal
Rate of Return IRR is 20.30%.
Esta disserta c~ao consiste num estudo termodin^amico num erico e te orico de uma gasi ca c~ao de biomassa de madeira em pequena escala de dois sistemas usando combust~ao interna de dois motores; o motor RCX-210 da bomba motorizada MRX-50 para o Sistema 1 e o motor de uma motocicleta Honda CG-125 Titan para o Sistema 2. Esta an alise consistiu em utilizar o software Aspen Plus para modelar o prot otipo dos dois sistemas para estudar numericamente a an alise termoenerg etica, bem como as leis da termodin^amica, obtendo como resultado a composi c~ao do syngas 20,68% CO2, 13% CO, 60,07% N2, 0. 133% H2, e 0,0339% CH4 de frac c~ao de massa com 5500 KJ/Kg de LHVsyngas para 0,577*103 Kg/s de biomassa para o sistema 1 e, respectivamente, 21. 25, 10,92, 51,58, 0,933, 0,000198 por CO2, CO, N2, H2, e CH4 por 1,6*103 Kg/s de biomassa para o sistema 2. A pot^encia entregue ao eixo do motor do Sistema 1 e de 2,561 kW e para o motor do Sistema 2 o valor do motor e de 6,40 kW. Al em disso, com a an alise energ etica global foi obtida uma e ci^encia de 22,8% para o sistema 1 e 20,27% para o sistema 2, observando a e ci^encia com que a biomassa foi convertida para o funcionamento do sistema. Foi aplicada a Terceira Lei da Termodin^amica, identi cando a an alise do desempenho exerg etico, com valores de irreversibilidade para o valor do motor do Sistema 1 de 4,22 kW e para o valor do motor do Sistema 2 de 11,52 kW. Finalmente, uma e ci^encia exerg etica global de 24,4% para o sistema 1 e 21,63% para o sistema 2. A an alise econ omica consistiu em determinar a poupan ca anual esperada (ASE) para estudar o per odo de retorno que e de 4 anos com uma taxa de juro de 12 O Valor Actual L quido (VAL) varia entre 4 430.332 - 11 177.64e para 2000-6000 h/ano de per odo de opera c~ao e a Taxa Interna de Retorno TIR e de 20,30%.
Cette th ese consiste en une etude thermodynamique num erique et th eorique d'une gaz ei cation de biomasse de bois a petite echelle de deux syst emes utilisant la combustion interne de deux moteurs ; le moteur RCX-210 de la motopompe MRX-50 pour le syst eme 1 et le moteur d'une moto Honda CG-125 Titan pour le syst eme 2. Cette analyse a consist e a utiliser le logiciel Aspen Plus pour mod eliser le prototype des deux syst emes a n d' etudier num eriquement l'analyse thermo- energ etique ainsi que les lois de la thermodynamique, en obtenant comme r esultat la composition du gaz de synth ese 20. 68% CO2, 13% CO, 60.07% N2, 0.133% H2, et 0.0339% CH4 de fraction massique avec 5500 KJ/Kg de LHVsyngas pour 0.577*103 Kg/s de biomasse pour le syst eme 1 et respectivement, 21. 25, 10.92, 51.58, 0.933, 0.000198 pour CO2, CO, N2, H2, et CH4 pour 1.6*103 Kg/s de biomasse pour le syst eme 2. La puissance d elivr ee a l'arbre du moteur du syst eme 1 est de 2,561 kW et celle du moteur du syst eme 2 est de 6,40 kW. En outre, l'analyse energ etique globale a permis d'obtenir un rendement de 22,8% pour le syst eme 1 et de 20,27% pour le syst eme 2, ce qui montre l'e cacit e avec laquelle la biomasse a et e convertie pour le fonctionnement du syst eme. La troisi eme loi de la thermodynamique a et e appliqu ee, identi ant l'analyse de la performance energ etique, avec des valeurs d'irr eversibilit es pour le moteur du syst eme 1 de 4,22 kW et pour le moteur du syst eme 2 de 11,52 kW. Finalement, un rendement energ etique global de 24,4% pour le syst eme 1 et 21,63% pour le syst eme 2. L'analyse economique a consist e a d eterminer l' economie annuelle attendue (ASE) pour etudier la p eriode de remboursement qui est de 4 ans avec un taux d'int er^et de 12%. La valeur actuelle nette (VAN) est comprise entre 4 430,332 et 11 177,64EUR pour une p eriode de fonctionnement de 2000 a 6000 h/an et le taux de rendement interne (TRI) est de 20,30%.
Esta disserta c~ao consiste num estudo termodin^amico num erico e te orico de uma gasi ca c~ao de biomassa de madeira em pequena escala de dois sistemas usando combust~ao interna de dois motores; o motor RCX-210 da bomba motorizada MRX-50 para o Sistema 1 e o motor de uma motocicleta Honda CG-125 Titan para o Sistema 2. Esta an alise consistiu em utilizar o software Aspen Plus para modelar o prot otipo dos dois sistemas para estudar numericamente a an alise termoenerg etica, bem como as leis da termodin^amica, obtendo como resultado a composi c~ao do syngas 20,68% CO2, 13% CO, 60,07% N2, 0. 133% H2, e 0,0339% CH4 de frac c~ao de massa com 5500 KJ/Kg de LHVsyngas para 0,577*103 Kg/s de biomassa para o sistema 1 e, respectivamente, 21. 25, 10,92, 51,58, 0,933, 0,000198 por CO2, CO, N2, H2, e CH4 por 1,6*103 Kg/s de biomassa para o sistema 2. A pot^encia entregue ao eixo do motor do Sistema 1 e de 2,561 kW e para o motor do Sistema 2 o valor do motor e de 6,40 kW. Al em disso, com a an alise energ etica global foi obtida uma e ci^encia de 22,8% para o sistema 1 e 20,27% para o sistema 2, observando a e ci^encia com que a biomassa foi convertida para o funcionamento do sistema. Foi aplicada a Terceira Lei da Termodin^amica, identi cando a an alise do desempenho exerg etico, com valores de irreversibilidade para o valor do motor do Sistema 1 de 4,22 kW e para o valor do motor do Sistema 2 de 11,52 kW. Finalmente, uma e ci^encia exerg etica global de 24,4% para o sistema 1 e 21,63% para o sistema 2. A an alise econ omica consistiu em determinar a poupan ca anual esperada (ASE) para estudar o per odo de retorno que e de 4 anos com uma taxa de juro de 12 O Valor Actual L quido (VAL) varia entre 4 430.332 - 11 177.64e para 2000-6000 h/ano de per odo de opera c~ao e a Taxa Interna de Retorno TIR e de 20,30%.
Cette th ese consiste en une etude thermodynamique num erique et th eorique d'une gaz ei cation de biomasse de bois a petite echelle de deux syst emes utilisant la combustion interne de deux moteurs ; le moteur RCX-210 de la motopompe MRX-50 pour le syst eme 1 et le moteur d'une moto Honda CG-125 Titan pour le syst eme 2. Cette analyse a consist e a utiliser le logiciel Aspen Plus pour mod eliser le prototype des deux syst emes a n d' etudier num eriquement l'analyse thermo- energ etique ainsi que les lois de la thermodynamique, en obtenant comme r esultat la composition du gaz de synth ese 20. 68% CO2, 13% CO, 60.07% N2, 0.133% H2, et 0.0339% CH4 de fraction massique avec 5500 KJ/Kg de LHVsyngas pour 0.577*103 Kg/s de biomasse pour le syst eme 1 et respectivement, 21. 25, 10.92, 51.58, 0.933, 0.000198 pour CO2, CO, N2, H2, et CH4 pour 1.6*103 Kg/s de biomasse pour le syst eme 2. La puissance d elivr ee a l'arbre du moteur du syst eme 1 est de 2,561 kW et celle du moteur du syst eme 2 est de 6,40 kW. En outre, l'analyse energ etique globale a permis d'obtenir un rendement de 22,8% pour le syst eme 1 et de 20,27% pour le syst eme 2, ce qui montre l'e cacit e avec laquelle la biomasse a et e convertie pour le fonctionnement du syst eme. La troisi eme loi de la thermodynamique a et e appliqu ee, identi ant l'analyse de la performance energ etique, avec des valeurs d'irr eversibilit es pour le moteur du syst eme 1 de 4,22 kW et pour le moteur du syst eme 2 de 11,52 kW. Finalement, un rendement energ etique global de 24,4% pour le syst eme 1 et 21,63% pour le syst eme 2. L'analyse economique a consist e a d eterminer l' economie annuelle attendue (ASE) pour etudier la p eriode de remboursement qui est de 4 ans avec un taux d'int er^et de 12%. La valeur actuelle nette (VAN) est comprise entre 4 430,332 et 11 177,64EUR pour une p eriode de fonctionnement de 2000 a 6000 h/an et le taux de rendement interne (TRI) est de 20,30%.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Université Libre de Tunis Université
Keywords
Biomass Gasification Small scale Thermodynamic Economical analysis Modeling Energy Exergy Efficiency