Biogás

Quando o projeto do Biodigestor Anaeróbico foi proposta para a equipe Verde Engenharia, surgiu a possibilidade de utilizar-se um dos produtos gerados pela digestão anaeróbica, o biogás, para outro projeto futuro na área de engenharia elétrica.

Diante desse novo desafio, faz-se necessário conhecer a composição desse biogás, apesar da matéria orgânica não ser uniforme. O biogás normalmente consiste em uma mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH₄) e gás carbônico (CO₂), com pequenas quantidades de gás sulfídrico (H₂S). O biogás é considerado um combustível gasoso que possui um conteúdo energético muito elevado, um alto poder calorífico, semelhante ao do gás natural. Sendo o metano o principal constituinte do biogás, este não tem cheiro, cor, nem sabor, mas o biogás apresenta um leve odor desagradável devido alguns gases presentes em sua composição. É composto por hidrocarbonetos de cadeia curta e linear.

A composição percentual do biogás:

• 60% de metano (dependendo da eficiência do processo, o biogás chega a conter entre 40% e 80% de metano);
• 35% de dióxido de carbono e;
• 5% de uma mistura de outros gases (hidrogênio, nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas voláteis).

Até o fim desta semana, a equipe Verde Engenharia irá realizar o teste de chama, para verificar qualitativamente a eficiência do biogás gerado pelo biodigestor e possivelmente, análises de composição deste biogás também serão realizadas.

Até breve!

Balanço de massa e energia

 Além de estimar os esforços mecânicos inerentes ao projeto do biodigestor, a equipe Verde Engenharia também irá realizar os cálculos de balanço de massa e energia, para determinação dos componentes formados, entalpia de formação, poder calorífico da reação e geração de energia do biodigestor.

A determinação dos parâmetros de operação ótimos para um processo requer conhecimento profundo sobre o comportamento do sistema. Os balanços de massa e energia são essenciais para o projeto de equipamentos e devem ser satisfeitos, na íntegra, para que um processo seja operado da forma mais econômica possível. Os critérios econômicos, sejam de materiais, energia ou financeiros, são imperativos na implantação ou operação de um processo. O balanço de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos e torna-se complexo quando tratamos de processos constituídos por diversos equipamentos interligados. Esta complexidade aumenta em sistemas multifásicos, heterogêneos e com reações químicas. Por isso, é necessária uma sistematização das informações disponíveis para que seja possível uma solução clara e objetiva, e a análise energética, através do balanço de energia, é imprescindível nos estudos de viabilidade econômica de um processo. Porém, não apenas por questões econômicas, mas também como requisito para o projeto de equipamentos, estudos de impacto ambiental e desenvolvimento de novos processos. O fundamento principal do balanço de energia está na primeira lei da termodinâmica, que afirma que a variação do conteúdo energético de um sistema fechado é a diferença entre o calor fornecido a este e o trabalho realizado pelo mesmo. Os estudos termodinâmicos são essenciais para a consolidação dos balanços de massa e energia.

Nosso biodigestor compõe um sistema fechado, multicomposto e que possui reação química. Análises térmicas e de composição da matéria orgânica que abastece o biodigestor estão sendo realizadas, para que se possa efetuar os cálculos de balanço de massa e energia e estimar o quão eficiente será o nosso projeto.

Até breve!

Análise térmica: TGA

A equipe Verde Engenharia, além de realizar os ensaios mecânicos nas estruturas de Polietileno de alta densidade (PEAD) e Policloreto de vinila (PVC), realizou também análises térmicas para certificar-se de que os materiais escolhidos para a construção do biodigestor resistiriam às condições de temperatura. Foram realizados testes de Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). A termogravimetria  foi realizada no laboratório da Universidade Federal da Bahia (UFBA) e a calorimetria foi feita no laboratório da Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec. A análise abordada será a termogravimétrica. 

A análise termogravimétrica  é uma técnica da análise térmica na qual a variação da massa da amostra (perda ou ganho) é determinada em função da temperatura e/ou tempo, enquanto a amostra é submetida a uma programação controlada de temperatura. Esta técnica possibilita conhecer as alterações que o aquecimento pode provocar na massa das sustâncias, permitindo estabelecer a faixa de temperatura em que elas adquirem composição química, fixa, definida e constante, a temperatura em que começam a se decompor, acompanhar o andamento de reações de desidratação, oxidação, combustão, decomposição, etc. Um aparelho de TGA apresenta como peças principais: uma balança de precisão, cadinhos feitos de material inerte, forno, termopares e um sistema de passagem de gás (comumente chamado de purga). As amostras (PVC e PE) foram inseridas em um cadinho e levadas ao forno em um suporte ligado à balança.

O experimento para se avaliar as variações de massa de um dado material em função da temperatura são executados mediante a termobalança (associação forno-balança), que deve permitir o trabalho sob as mais variadas condições experimentais (diferentes atmosferas gasosas e massa de amostra, variadas razões de aquecimento e/ou condições isotérmicas em temperaturas específicas, etc).

 As curvas geradas fornecem informações quanto à estabilidade térmica da amostra, à composição e à estabilidade dos compostos intermediários e do produto final. Obviamente que , durante os processos térmicos, a amostra deve liberar um produto volátil devido a processos físicos ou químicos, tais como desidratação, vaporização, dessorção, oxidação, redução etc; ou deve interagir com o gás da atmosfera atuante no interior do forno resultando em processos que envolve ganho de massa, tais como: absorção, oxidação de ligas ou metais e óleos,etc.

As análises termogravimétricas do PVC foram realizadas na faixa de temperatura de 22.05 ºC até 997.9 ºC e a dos PEAD, na faixa de 25,53 ºC até 997.6 ºC. Foram, portanto, realizados ensaios dinâmicos, que utilizaram aproximadamente 5,6 mg de massa de PEAD e 5,58 mg de PVC.

Figura 1. Curva do TGA do PEAD

Figura 2. Curva do TGA do PVC

No PVC pode observar que aproximadamente na temperatura de 1000 ºC a massa percentual de PVC é de apenas 7% dos 5,58 mg e no PEAD a essa mesma temperatura aproximada sua massa está negativa, entendendo-se uma perda total de massa que era de 5,6 mg.

Como o nosso biodigestor será móvel, podendo estar sendo bastante exposto ao sol, acredita-se que a temperatura máxima será de 100 ºC, podendo-se dizer que com essa temperatura a massa do PE e PVC não irá alterar consideravelmente de forma isso possa causar um problema para o projeto.

Até breve!

Construção do Biodigestor Anaeróbico: materiais e dificuldades

A equipe Verde Engenharia começou nessa semana a construção do biodigestor, onde nos baseamos no trabalho desenvolvido por Hugo Metz que trata sobre a construção de um biodigestor caseiro para demonstração de produção de biogás e biofertilizante em escolas situadas em meios urbanos.Como já mencionado anteriormente, um dos requisitos para a produção do biodigestor é a utilização de materiais selecionados de forma a serem alternativos e devem possuir forte caráter sustentável. Desta forma procurou-se utilizar materiais que fossem facilmente encontrados com os custos relativamente baixos e montagem simples.

Os materiais utilizados foram:

·      Bombona plástica de 250 litros

·      1 flange PVC de Ø 20 mm

·      2 flanges PVC de Ø 25 mm

·      1 válvula esfera PVC soldável de Ø 20 mm

·      1 válvula esfera PVC roscada de Ø 20 mm

·      1 cotovelo 90º PVC de Ø 20 mm

·      1 cotovelo 90º PVC de Ø 25 mm

·      1 adaptador PVC soldável de Ø 20 mm

·      4 adaptadores PVC soldável de Ø 25 mm

·      1 adaptador PVC fêmea roscado de Ø 20 mm

·      1 tê 90º PVC soldável de Ø 20 mm

·      2 tês 90º PVC soldável de Ø 25 mm

·      1 cruzeta galvanizada de Ø ¾”

·      1 união soldável PVC de Ø 20 mm

·      1 niple duplo PVC com rosca de Ø 25 mm

·      1 tubo PVC de Ø 20 mm

·      1 tubo PVC de Ø 25 mm

·      4m mangueira transparente de Ø 1/8”

·      2 espigões de Ø 1/8”

·      2 caps PVC de Ø 25 mm

·      4 chapas de aço galvanizado (50x80mm)

·      1 cola para tubos PVC

·      1 cola de silicone

Figura1. Conexões de PVC

Inicialmente, a equipe encontrou dificuldade para cortar a tampa da bombona, onde o corte foi realizado com uma esmerilhadeira. Logo depois, o problema encontrado foi na soldagem da tampa da bombona, pois a bombona utilizada não estava conforme a sugestão do projeto inicial. Visto que a vedação é importante para criar um ambiente anaeróbio - sem a presença de oxigênio - onde os micro-organismos degradam o material orgânico, transformando-o em biogás e biofertilizante. E por fim, outra dificuldade que apareceu foi em conseguir uma ferramenta que possibilitasse fazer o furo necessário para implantação do dreno, com isso, utilizamos um serra copo para realizar o corte.

Figura 2. Processo de corte

Contudo, já fizemos a trocar da bombona e em breve divulgaremos mais informações sobre a construção do biodigestor.

 Até breve!

A escolha do Material e sua utilização

Nosso grupo de pesquisa da Empresa Verde Engenharia, deu seguimento às tarefas para construção do Biodigestor Anaeróbico, e ao longo da semana fizemos levantamento de todo o estado da arte a respeito de biodigestores, materiais já utilizados e seu comportamento. Foram então direcionadas as pesquisas para o material que melhor se aplicaria as nossas necessidades mecânicas e térmicas na construção do corpo principal do biodigestor e seus componentes.

Através das necessidades, foi escolhido o Polietileno de Alta Densidade (PEAD) como o material mais adequado para o reator, devido a sua alta resistência mecânica como tensão, compressão e tração e alta resistência térmica, inerte, impermeável e atóxico. Como a sustentabilidade é algo imprescindível, sendo pertinente ao meio ambiente e ao valor disponível para realização do projeto, esse material tem alta reciclabilidade, por ser usado no armazenamento de produtos químicos, devido as suas propriedades, então, atendendo a todas as prerrogativas necessárias.

Bombonas de PEAD

Como é necessário o uso de tubos e conexões, foi determinado um material mais adequado para tal aplicação, então foi escolhido o Policloreto de Vinila (PVC) rígido. O material é vastamente usado em tubos para gases e água devido as suas propriedades como a resistência a tração, flexão, compressão e impacto. Além de ser leve, inerte, resistente ao fogo, devido ao cloro presente na estrutura do material, é impermeável, isolante térmico, isolante elétrico e é reciclável.    

Tubo PVC

Sendo assim, nosso biodigestor é basicamente feito por materiais poliméricos, visando sempre a sustentabilidade, custo-benefício e melhores propriedades para serem adequadamente aplicadas.

Até breve!

Visita à Cantina do Senai Cimatec

Como já explicado anteriormente em nossas postagens, nossa empresa, Verde Engenharia, têm o objetivo de criar um biodigestor anaeróbico. No decorrer desta semana visitamos a Cantina da Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec, a qual o projeto será destinado.

 O intuito da visita foi observar as condições do ambiente, analisar melhores áreas disponíveis para armazenamento do biodigestor, pesagem de matéria orgânica gerada no dia da visita além de manter uma boa relação com a proprietária e demais funcionários para uma boa realização do projeto, visando bom relacionamento com a empresa que usufruirá de tal projeto sustentável. Na visita foi constatado que a Cantina possui dois botijões do tipo P -190 da empresa nacional gás. 

A Cantina consome em média 200 kg de gás por semana. E gera cerca de 50 kg de matéria orgânica por dia, dentre basicamente cascas de frutas e vegetais. Esse tipo de informação é necessária pela relação de custo benefício para Cantina que precisará alimentar o biodigestor, necessitando de um funcionário do seu estabelecimento para tal trabalho, mesmo tendo consciência de que essa é uma ação sustentável e qualquer quantidade de gás gerado, já irá ajudar a Cantina. E também lembrando que nossa empresa visa primeiramente construir o biodigestor da melhor forma para ser utilizado da melhor forma possível, tirando de nossa responsabilidade o manuseio do mesmo depois de construído e em operação.

Continuando a falar sobre a visita à Cantina, foi informado que os recebimentos de cargas de reposição de alimentos e bebidas da Cantina são : Segunda/Quarta/Sexta, impossibilitando nossa empresa de estar recolhendo a matéria orgânica nos respectivos dias, pela alta rotatividade de pessoas no local. O que ocasionará visitas e recolhimentos de matéria orgânica apenas nas terças e quintas.

Também observamos e foi fotografado a tubulação do gás usado na cozinha:

Tiramos foto da área externa à cantina como possível local para armazenamento do biodigestor:

Mas ainda não foi oficializado esse lugar como local de armazenamento pela pequena distância do local com a cozinha da Cantina e pelo desconforto que possivelmente o biodigestor fará com seu odor. 

Porém de qualquer forma nosso biodigestor será montado em cima de uma plataforma ou similar com rodas para possíveis mudanças de local enquanto ele estiver em processamento anaeróbico.

Na visita também conscientizamos a proprietária da importância ecológica de tal projeto para que o mesmo seja visto de forma positiva e sustentável e seja utilizado da melhor forma possível.

Posteriormente estaremos atualizando nosso blog com mais informações do andamento de nosso projeto.

                                                                      Até breve!

O projeto: Biodigestor anaeróbico

Somos Engenheiras e Engenheiros da empresa Verde Engenharia. Um dos membros da empresa se interessou em propor uma destinação mais apropriada para os resíduos orgânicos gerados na cantina da Faculdade de Tecnologia Senai CIMATEC. Uma forma bastante interessante idealizada por este membro foi a construção de um biodigestor anaeróbico de pequeno porte para a geração de matéria orgânica de qualidade e um possível futuro projeto na área de combustíveis.

A instituição se mostrou disposta a aceitar a proposta do nosso projeto, mas, pelo fato deste ser o primeiro projeto da nossa empresa iniciante, a organização solicita o projeto e a caracterização do material a ser utilizado na construção do biodigestor antes de solicitar a produção em escala piloto.

A empresa organizou seu pessoal para começar as atividades voltadas para esse projeto e a primeira analise de dados feita foi com relação a produção diária de matéria orgânica da Cantina Principal. Esta gera muito lixo orgânico (restos das refeições, cascas de frutas e legumes entre outras matérias orgânicas) sendo todo esse resíduo descartado e não reaproveitado.

A ideia do projeto é reutilizar essa matéria orgânica (apenas os restos de frutas, legumes e verduras) no biodigestor anaeróbico, obtendo como produto final biogás e biomassa, deixando claro que não é de responsabilidade da Verde Engenharia determinar como serão aproveitados esses produtos finais, sendo esta uma função apenas da Faculdade.

A nossa equipe já estabeleceu o que será preciso para iniciar o projeto: pesquisas metodológicas; escolha do material ideal que atenda as necessidades de localização, funcionalidade e qualidade do biodigestor; analises da matéria orgânica e do material escolhido para compor o corpo do biodigestor (a Faculdade já se mostrou disponível com relação a liberação do uso de seus laboratórios para a empresa desenvolver as analises cabíveis) e cálculos necessários para comprovar o bom rendimento do equipamento.

Temos até Maio deste ano para concluir a construção do biodigestor, suas devidas analises e começar a submetê-lo a testes de rendimento do biogás e biomassa, e temos até Junho para entregar o projeto pronto.

No decorrer da semana visitaremos a Cantina Principal para obtermos mais especificações com relação a quantidade de lixo produzido.

Até breve!