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UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DETEC – departamento de tecnologia
gestão de biodigestores TERMOFÍLICos para O MEIO RURAL
KARL BENCHIMOL XAVIER DO NASCIMENTO
alan Vergutz
Projeto de Desenvolvimento de um Programa de Gestão
de Biodigestores Termofílico para Tratamento de
Dejetos Suínos e Bovinos no Meio Rural
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
disciplina: COMPUTAÇÃO PARA ENGENHARIA Prof. Roger Schild Hoffmann
UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DETEC – departamento de tecnologia
gestão de biodigestores TERMOFÍLICos para O MEIO RURAL
KARL BENCHIMOL XAVIER DO NASCIMENTO
alan Vergutz
Projeto de Desenvolvimento de um Programa de Gestão
de Biodigestores Termofílico para Tratamento de
Dejetos Suínos e Bovinos no Meio Rural
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
disciplina: COMPUTAÇÃO PARA ENGENHARIA Prof. Roger Schild Hoffmann
BIOGRAFIA DOS AUTORES
Karl Benchimol Xavier do Nascimento, nascido em 1984 no município de Belém, no Estado do Pará. Completou sua formação de Ensino Médio e Técnico em Eletrônica em 2000, no Centro Federal de Educação Tecnológica (CEFET-PA), atual Instituto Federal do Pará- IFPA, no município de Belém-PA. Trabalhou como Gerente de Projetos Jr. no setor de desenvolvimento de projetos de redução de emissões de gases do efeito estufa, na Propower Energy do Brasil Ltda, com sede em São Paulo-SP, no período de 2006 a 2009; e como Gerente de Projetos, no setor de implantação de digestores anaeróbios, na Mokva Engenharia Ltda, com sede em Canoinhas-SC, entre 2009 e 2010. Atualmente é estagiário do Laboratório de Projeto e Automação do Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, no Campus Panambi, da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul – UNIJUI.
Alan Júnior Vergutz, nascido em 1991 no município de Selbach, no Estado do Rio Grande do Sul. Completou sua Formação de Ensino Médio na Escola Estadual de Ensino Médio Adão Seger, no ano de 2008, em Selbach – RS. Formou-se em Técnico em Agropecuária no ano de 2009, na Escola Técnica Alto Jacuí (ETAJ), no município de Ibirubá – RS. Estagiou durante três meses na Fazenda
impuros gerados em um trocador de calor e serão transferidos para o biodigestor por serpentinas – o que é uma solução para a grande oscilação de temperatura durante o ano e constantes baixas durante o inverno na região sul do Brasil em que a geração do Biogás nos modelos atualmente empregados é inferior ao verão; controle de pH dos processos fermentativos; agitação e homogeneização; dosador de macro e micro nutrientes; decantador; limpeza automática; esterilização do efluente; controle automático da pressão interna; e, bomba dosadora de biofertilização para fertiirrigação.
Palavras-Chave: Biodigestor, Biogás, Biodigestão Termofílica, Controle, Aquecimento, Homogeneização, pH, Limpeza Automática, Esterilização, Biofetilização.
ABSTRACT
This research presents the development of a program using the interface of the software MATLAB (Matrix Laboratory) for management of digesters for better efficiency and control of these applications along with systems for generating electricity using biogas in farming, pig and cattle farms. The digester target the development of this project is being designed at the University of the West Regional of Rio Grande do Sul – UNIJUI, by the author. The main advantages of this new model are: The constant temperature of the fermentation process, from the utilization of heat output by the generator, which will be transferred to the digester by a serpentine, being a solution to the large oscillations in temperature throughout the year, particularly during Brazil's winter, in which the generation of biogas is lower than the summer; pH control of fermentation processes; Stirring; Dosing of macro and micro nutrients; Sedimentation; Automatic cleaning; Sterilization of the effluent; Automatic controling of internal pressure; and, dosing pump for fertilization's irrigation.
Keywords: Biodigestor, Biogas, Termofilic Digester, Eletronic Controling, Heating, Homonization, pH, Automatic Cleaning, Biofertirrigatyion.
✓ Solo ✓ Corpos Hídricos
Figura1. Fluxograma do Modelo Proposto
d.Agitação e Homogeneização A adição de inoculo ocorrerá com a sua injeção no 1° Etapa da Digestão. Essa adição será acompanhada de movimentação interna dos efluentes, permitindo sua maior homogeneização. Estes processos, bem como a adição de inoculo, serão realizados pelo mesmo equipamento que será descrito no processo de limpeza automática.
e. Hidrólise A redução do percentual do teor de sólidos somados a homogeneização permitirá a aceleração dos processos de hidrólise dos dejetos. O que viabilizará as etapas seguintes.
f. Acidogênese Após iniciada a hidrólise, iniciam-se também os processos de acidogênese. Que são acelerados pela adição de nutrientes do inóculo e melhor homogeneização.
g.Controle do pH O pH ácido inibe a ação de bactérias metanogênicas. Por isso, após a saída dos efluentes do 1° reator, eles serão direcionados a um “buffer” (equalizador) para verificação do pH. Caso seja constatada acidez, será iniciado o processo de adição de macro e micronutrientes junto ao inóculo a ser injetado ao 1° reator. Nessa etapa serão utilizados configurações programadas para equalização dos processos químicos do reator. Sendo elas continuamente empregadas até surgir um novo sinal que indique nova mudança de pH.
h.Adição de Macro e Micro nutrientes Será realizada por meio da dosagem de minerais junto à bomba de adição do inoculo.
Os elementos a serem adicionados serão ajustados especificamente ao tipo de confinamento (suíno ou bovino) e variarão com o modelo empregado (confinamento parcial, semi-confinamento, confinamento), são eles: ✓ Fosfato Bicálcico Na pecuária suína, devido ao objetivo ser principalmente a engorda, em geral, os elementos ausentes nos dejetos são o cálcio e o fósforo. Dessa forma, para melhor colonização das bactérias e aumento pH, será adicionado o Fosfato Bicálcico. Esse elemento é barato e inorgânico, porém possui difícil assimilação se disposto diretamente ao solo. Mas, ao ser empregado junto a flora bacteriana dos reatores, este é metabolizado rapidamente, suprindo a deficiência de fósforo e cálcio, além de aumentar o pH, reduzindo a acidez ou neutralizando o efluente.
i. Ureia, Bicarbonato de Potássio e Hidróxido de Sódio Na pecuária bovina, no geral, devido a alimentação predominante baseada em pastagens, os elementos ausentes são o nitrogênio e em menor quantidade o potássio. Para melhor colonização das bactérias, será adicionado nitrogênio por meio da metabolização da ureia. No entanto, como este elemento aumenta a acidez (diminuindo o pH0 ele será combinado com Bicarbonato de Potássio (já que este também ausente proporcionalmente no efluente) e hidróxido de sódio, para elevação do pH, neutralizando o efluente.
j. Queima (destruição) do biogás impuro O biogás produzido na 1° Etapa de digestão, em virtude de ser oriundo de processo predominantemente de acidogênese, possui um teor de H (^) 2S (Gás Sulfrídico) alto, comprometendo a sua utilização em processos mais nobres como geração de energia elétrica ou aquecimento dos galpões, já que apresenta alta corrosividade.
m. Decantação dos Sólidos Na 2° Etapa da digestão, onde de deseja manter as condição de metanogênese, não serão realizada movimentações intensa dos dejetos, o que fará com que os sólidos ainda suspensos sejam decantados ao fundo do reator. Estes sólidos são nutrientes que ou não puderam ser metabolizados ou são de natureza inorgânica. Dessa forma, sua coleta automática é indispensável para reduzir a manutenção e garantir a continuidade dos processos no reator.
n.Limpeza Automática Consistirá de um sistema mecânico que retirará os sólidos dispostos ao fundo dos reatores. Sua ação estará condicionada a uma programação de por tempos de acionamento, maior na 1° Etapa e menor na 2°. Os dejetos serão transportados até a lagoa residuária dos dejetos por meio de bombas hidráulicas.
o.Esterilização e Disposição do Biofertilizante As aplicações e os destinos do Biofertilizante são garantidos pelas melhores características, como:
- Eliminação de agentes patógenos
- Baixa carga orgânica para atender os padrões do CONAMA
- Equilíbrio dos nutrientes, garantindo uma adubação mais eficiente Dessa forma, o Biofertilizante produzido será totalmente apropriado para o enriquecimento de solos agrícolas, dentre inúmeras outras aplicações. Possuindo os padrões de lançamentos:
3.PROGRAMAS DE GESTÃO DAS FUNÇÕES DO SISTEMA DE BIODIGESTÃO
1. Programa de leitura (coleta) do pH %Programa para Verificação Amostra do pH
2. Programa para adição de inóculo com adição de nutrientes %Programa para Controle da Bomba Hidráulica de Adição de Nutrientes clc; clear;
%Entrada de Dados %Adição de Nutrientes (miligramas por litro) em relação as faixas de pH %Calculo dos nutrientes necessários a correção do pH disp('Calculo dos nutrientes necessários a correção do pH'); disp('Definicao do volume de dejetos inseridos no biodigestor'); disp('Escolha o volume de dejetos:'); disp('1 - 5000'); disp('2 - 10000'); disp('3 - 150000');
qtdej=input('volume= ');
disp('Faça a medição do pH do biodigestor:'); disp('5.0'); disp('5.25'); disp('5.5'); disp('5.75'); disp('6.0'); disp('6.25'); disp('6.5'); disp('6.75');
corre=0; nutri=0; ph=input('ph= ');
switch (ph) case 5.0; nutri=60; case 5.25; nutri=55; case 5.5; nutri=50; case 5.75; nutri=45; case 6.0; nutri=40; case 6.25; nutri=35; case 6.5; nutri=30; case 6.75; nutri=25; otherwise disp ('Opção inválida'); end %Cálculo dos nutrientes por volume de dejetos a ser corrigido corre= nutri*qtdej; fprintf ('Quantidade em miligramas de nutrientes adicionados foi de: %5.1f\n', corre);
3. Programa de movimentação/homogeneização dos dejetos %Programa para Movimentação e Homogeneização dos Dejetos clc; clear; %Definição das variaveis horario=0; disp('Ligar bomba de Movimentação e homogeneização'); for horario=0:1: if horario< fprintf('as:%d horas\n', horario) disp('Acionar Bomba de Movimentação e Homgeneização'); disp('Desligar bomba após 5 minutos') disp(' '); end end
4. Programas para Aquecimento e Gestão da Temperatura 4.1. Programa para Biodigestor 1 (Acidogênese)
%Programa Gestão da Temperatura Biodigestor 1 clc; clear;
%Definição das variáveis %Temperatura em graus Celsius do Biodigestor 1= t1; %Queimador do trocador de calor do biodigestor1= q1;
