Otimização da produção de hidrogênio utilizando o algoritmo genético

Abstract

A pesquisa por novas alternativas e processos geradores de energia tornou-se fundamental para atender à demanda mundial por fontes energéticas sustentáveis e menos agressivas ao meio ambiente. Defronte destes fatos, a produção de hidrogênio converte-se numa alternativa viável, por ser considerado um combustível limpo e de alta densidade energética. A principal rota industrial para a obtenção de hidrogênio é a reforma a vapor do metano. Este é um processo endotérmico, no qual o metano reage com o vapor d’água, sob condições de elevadas temperaturas e pressão, para geração de hidrogênio. Recentemente, os avanços na área de modelagem e simulação, especialmente aplicando a técnica de fluidodinâmica computacional, vem auxiliando na investigação e otimização destes processos, sem que haja gastos relacionados à realização do mesmo. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como finalidade simular um reator com membrana por meio de um software comercial, com a finalidade de realizar a otimização das suas condições operacionais. O Algoritmo Genético (AG) foi aplicado com o intuito de maximizar a produtividade do processo. Foram obtidos perfis simulados do reator para a conversão de metano e recuperação de hidrogênio alcançando valores de 100 %, o que comprova a eficácia da metodologia apresentada para otimizar as principais variáveis do processo.

Aplicação de métodos heurísticos de otimização na produção de hidrogênio por reforma a vapor

“…A modelagem matemática utilizada neste estudo foi baseada no trabalho de Netto et al (2016) [5], conforme descrito a seguir.…”

“…As constantes cinéticas, de equilíbrio, de reação e as de adsorção são descritas na forma da equação de Arrhenius, sendo que os valores das constantes pré-exponenciais, energia de ativação das reações, entalpia de reação e entalpia de adsorção das espécies estão apresentados em Netto et al (2016) [5].…”

“…Para analisar a confiabilidade dos resultados e a redução do erro numérico devido a discretização da geometria, foi realizado o estudo de convergência de malha, conforme a metodologia proposta por Roache (1994) [13] e aplicada para este problema por Netto et al (2016) [5]. Essa metodologia foi dividida em cinco etapas, que estimam parâmetros de confiabilidade nos resultados e erros relativos entre as malhas avaliadas.…”

Simulação de escoamento bifásico aplicando a técnica da fluidodinâmica computacional

“…Logo, a solução para problemas dessa natureza está no emprego de técnicas alternativas, a fluidodinâmica computacional (CFD) é uma delas. Trata-se de uma técnica bastante utilizada em meios acadêmicos, tendo sua aplicação facilmente encontrada na literatura para descrição dos mais diversos estudos como de turbulência [4] a otimização da produção de hidrogênio [5], e nos últimos anos vem recebendo também grande atenção de diversos setores industriais devido a possibilidade da obtenção detalhada de informações físicas de um determinado campo de escoamento tridimensional (3D).…”