Desenvolvimento de uma unidade de processamento de etanol por meio de engenharia de sistemas baseada em modelo

Abstract

Veículos privados leves são responsáveis por 10% das emissões globais de CO2 . Portanto, o desenvolvimento de tecnologias de baixa emissão é crucial para se atingir um futuro sustentável. Por conta disso, o presente trabalho almeja prover uma fundação para o desenvolvimento inicial de uma Unidade de Potência Auxiliar (APU) baseado em Célula Combustível de Óxido Sólido (SOFC) e abastecido por etanol. Tal sistema requer diversos componentes mecânicos, elétricos e de software, evidenciando a multidisciplinaridade do projeto. Para combinar as perspectivas de diversos campos, Engenharia de Sistemas Baseada em Modelo (MBSE) foi usada para especificar as capacidades e arquitetura do sistema, que foram então validadas via simulação. Já que o Capella não possui a capacidade de simulação, usou-se o DWSIM para replicar a arquitetura proposta numa flowsheet simulation. Os resultados indicaram que a razão oxigênio-etanol possui o maior impacto na eficiência do sistema. Não obstante, a operação em regime permanente do sistema será ótima a uma razão água-etanol de 6 e uma razão oxigênio-etanol de zero, atingindo-se uma eficiência de 41,28%.

Light private vehicles are responsible for 10% of the global CO2 emissions. Therefore, the development of low-emission technologies is crucial for achieving a sustainable future. For this reason, the present work aims to provide a foundation for the early design of a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-based Auxiliary Power Unit (APU) fueled by ethanol. Such system requires numerous mechanical, electrical and software components, highlighting the project’s multidisciplinarity. To combine the perspectives of multiple fields, Model-Based Systems Engineering (MBSE) was used to specify the system capabiliities and architecture, which were then validated via simulation. Since Capella lacks simulation capabilities, DWSIM was used to replicate the proposed architecture in a flowsheet simulation. The results indicated that the oxygen to ethanol ratio has the highest impact on the system eficiency. Furthermore, the system steady-state operation will be optimal at an water to ethanol ratio of 6 and an oxygen to ethanol ratio of 0, reaching an efficiency of 41,28%.