AUTOMATIZAÇÃO DE UM BIORREATOR PARA AVALIAÇÃO DA CO-DIGESTÃO DE BIOMASSAS
FORTALEZA – CEARÁ
2018
Autor(es):
PONTES, ANDERSON HONÓRIO DE BRITO
Palavras Chaves:
Não informado
Ano de Publicação:
2018
Resumo:
RESUMO A Casca da Castanha de Caju (CCC) é o principal resíduo do processo de aproveitamento da cajucultura, sobretudo no Nordeste brasileiro. As empresas de beneficiamento geralmente enfrentam problemas com a destinação do grande volume gerado de CCC, tendo duas principais destinações: aproveitamento energético (queima direta) e descarte em aterros sanitários. Processos de codigestão anaeróbia apresentam-se como uma rota alternativa na decomposição de resíduos agroenergéticos para obtenção de energia sustentável (i.e. biogás). A eficiência desse tipo de processo depende de vários fatores, como composição e blend do substrato, pH, temperatura do líquido e agitação da digestão. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo o estudo da codigestão anaeróbia da CCC em reator batelada automatizado. Para isto, foi desenvolvido e automatizado um biodigestor de 5L, cilíndrico em aço inox. Um controlador lógico programável (CLP) foi utilizado e validado para o controle do sistema proposto, combinado com os seguintes dispositivos: (i) sensor temperatura, (ii) transmissor de pressão, (iii) eletrodo de pH e (iv) motor trifásico/controlado por um inversor de frequência. A CCC foi caracterizada física e quimicamente. A produção de biogás foi testada para dois diferentes cenários, nomeadamente, 100BS (100% biomassa suína) e 50CCC/BS (50% CCC e 50% BS). A temperatura de digestão manteve-se na faixa mesofílica, ~37 ºC. O sistema de automação desenvolvido para o biodigestor anaeróbio mostrou-se estável em relação ao controle de temperatura e coleta de dados dos sensores. A programação desenvolvida mostrou-se adequada para a proposta de controle de temperatura e agitação, e monitoramento de pressão e pH. Na caracterização do substrato 100BS, observaram-se reduções de 16,9% nos sólidos totais, 20,10% nos sólidos voláteis e 35,6% na demanda química de oxigênio. Um aumento de mais de 200% nos sólidos fixos também foi determinado. A produção de biogás média de 0,35 L/dia, com composição de 10,35% de CH4, 19,14% de H2 e 70,50% de CO2 foi obtida para 100BS, com um TRH (Tempo de Retenção Hidráulica) de 20 dias. Utilizando o blend 50CCC/BS, a produção de biogás atingiu uma média de 0,47 L/dia, com composição de 0,22% de CH4, 2,02% de H2 e 97,75% de CO2. Em geral, os resultados indicaram a produção um gás combustível pobre, característica da fase acetogênica do processo, para os testes preliminares. Contudo, o sistema desenvolvido e automatizado para codigestão de CCC com biomasssa suína, foi capaz de indicar a robustez do sistema, recomendando TRH > 20 dias para produção de gás com maior conteúdo energético. Palavras-chave: Biodigestor. Agroenergéticos. Controle de processos. Biogás.
Abstract:
ABSTRACT The Cashew Nut Shell (CNS) is the main residue of the cashew processing, especially in the Brazilian Northeast. The beneficiation companies usually face problems with the destination of the large volume generated of CNS, having two main destinations: energy utilization (direct burning) and disposal in landfills. Anaerobic codigestion processes are presented as an alternative route in the decomposition of agroenergy residues to obtain sustainable energy (i.e. biogas). The efficiency of this type of process depends on several factors, such as substrate composition and blend, pH, liquid temperature and digestion agitation. In this context, the present work has as objective the study of the anaerobic codigestion of the CNS in automated batch reactor. For this, a 5L, cylindrical stainless steel biodigester was developed and automated. A programmable logic controller (PLC) was used and validated for the control of the proposed system, combined with the following instruments: (i) temperature transmitter, (ii) pressure transmitter, (iii) pH electrode and (iv) three-phase motor controlled by a frequency inverter. CNS was physically and chemically characterized. Biogas production was tested for two different scenarios, namely, 100BS (100% swine biomass) and 50CCC/BS (50% CNS and 50% BS). The digestion temperature was maintained at the mesophilic range, ~37 °C. The automation system developed for the anaerobic biodigestor was stable in relation to temperature control and sensor data collection. The programming developed was adequate for the proposal of temperature control and agitation, and monitoring of pressure and pH. In the characterization of substrate 100BS, reductions of 16.9% in total solids, 20.10% in volatile solids and 35.6% in chemical oxygen demand were observed. An increase of more than 200% in the fixed solids was also determined. The average biogas production of 0.35 L/day, with composition of 10.35% CH4, 19.14% H2 and 70.50% CO2 was obtained for 100BS, with a Hydraulic Retention Time (TRH) of 20 days. Using the blend 50CCC/BS, the biogas production reached an average of 0.47 L/day, with a composition of 0.22% CH4, 2.02% H2 and 97.75% CO2. In general, the results indicated a poor fuel gas, characteristic of the acetogenic phase of the process, for the preliminary tests. However, the developed and automated system for CNS codigestion with swine biomass was able to indicate the robustness of the system, recommending HRT > 20 days, in order to obtain a higher energy content from CCC codigestion. Keywords: Bioreactor. Agroenergetic. Process control. Biogas.
Tipo do Trabalho:
Dissertação
Referência:
PONTES, ANDERSON HONÓRIO DE BRITO. AUTOMATIZAÇÃO DE UM BIORREATOR PARA AVALIAÇÃO DA CO-DIGESTÃO DE BIOMASSAS
FORTALEZA – CEARÁ
2018. 2018. 128 f. Dissertação (Mestrado Acadêmico ou Profissional em 2018) - Universidade Estadual do Ceará, , 2018. Disponível em: Acesso em: 8 de maio de 2024
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