Publicação: Projeto de aproveitamento de biogás proveniente de biodigestor de rejeitos bovinos e agrícolas para geração de energia
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Resumo
A intensificação da produção de leite na indústria agropecuária possui forte influência na economia brasileira. O que resulta em maiores quantidades de dejetos animais, que sem um tratamento prévio, escoam ou são jogados em lavouras, atingindo águas subterrâneas, causando problemas de contaminação. O sistema de biodigestores é uma solução viável para esta problemática. Neste cenário, o presente trabalho teve como objetivo conceber um método de aproveitamento do biogás proveniente de um biodigestor para geração de energia elétrica, e desenvolver uma modelagem termodinâmica do biogás. Os experimentos foram realizados na Fazenda Pirapitinga situada no município de Presidente Olegário - MG – Brasil, onde foi coletada uma amostra do biogás, que posteriormente foi analisada no Laboratório de Transferência de Calor e Massa da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia. A partir da cromatografia química do biogás obteve-se a sua composição, a saber: 62,86% (v/v) de metano; 24,10% (v/v) de dióxido de carbono, 10,04% (v/v) de nitrogênio, 2,99%(v/v) de oxigênio. A vazão do biogás de 7,2 litros por segundo foi medida com um anemômetro digital. A partir desses dados foi desenvolvido uma modelagem termodinâmica, que consistiu em um algoritmo considerando o processo politrópico para a simulação de um motor Otto de 3 cilindros, com capacidade de produzir 35 kW de potência elétrica. A partir dos dados calculados, foi dimensionado um sistema motogerador para a fazenda, correspondente ao motor de fabricação nacional MWM modelo N229-3. O alto custo do motor (estimado em R$100.000,00) e o tempo de payback (5 anos) foram alguns dos fatores que desmotivaram os produtores da Fazenda Pirapitinga a investir no aproveitamento energético do biogás.
Abstract
The intensification of milk production in the agricultural industry has a strong influence on the Brazilian economy, resulting in larger quantities of animal waste. Without prior treatment, these wastes runoff or are thrown onto crops, reaching groundwater, causing contamination problems. The biodigester system is a viable solution to this issue. In this scenario, the present study aimed to devise a method for harnessing biogas from a biodigester for the generation of electrical energy and to develop a thermodynamic modeling of biogas. The experiments were conducted at Pirapitinga Farm located in the municipality of Presidente Olegário - MG - Brazil, where a sample of biogas was collected and later analyzed at the Heat and Mass Transfer Laboratory of the Faculty of Mechanical Engineering at the Federal University of Uberlândia. The chromatographic analysis of the biogas unveiled its chemical composition: 62.86% (v/v) methane; 24.10% (v/v) carbon dioxide, 10.04% (v/v) nitrogen, 2.99% (v/v) oxygen. The biogas flow rate of 7.2 liters per second was measured using a digital anemometer. From this data, a thermodynamic modeling was developed, which consisted of an algorithm considering the polytropic process to simulate a 3-cylinder Otto engine, capable of producing 35 kW of electrical power. Using the calculated data, a motor-generator system was sized for the farm, corresponding to the domestically manufactured MWM model N229-3 engine. The high cost of the engine (estimated at R$100,000.00) and the payback period (5 years) were some of the factors that discouraged the producers at Pirapitinga Farm from investing in the energy utilization of biogas.
Palavras-chave
biogás, biogas, biodigestores rurais, agricultural biodigester, geração de energia, energy generation, engenharia mecânica, mechanical engineer
Citação
SILVA, Tony Corrêa. Projeto de aproveitamento de biogás proveniente de biodigestor de rejeitos bovinos e agrícolas para geração de energia. 2024. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.156.
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