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!