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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nº 174124
Medição de biogás proveniente de aterros sanitários Nilson Massami Taira
São Paulo: FMU, Complexo Educacional, 2016. (Palestra proferida na 10ª Edição de Inovações da Escola de Engenharia e Tecnologia da Informação – Projetos, Pesquisa e Tecnologias)
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT
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MEDIÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERROS SANITÁRIOS
SP, 03 de maio de 2016
BIOGÁS
Mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH4) e é obtido pela digestão anaeróbia (em ausência de oxigênio) de matéria orgânica, onde microrganismos atuam em um ecossistema balanceado com limites de temperatura, pH, nutrientes e teor de umidade. A produção de biogás pode ocorrer de forma natural, como nos aterros sanitários ou com a implantação de uma usina de biogás, cujo processo é totalmente limpo, eficaz e sustentável.
Metano (CH4): 55 – 70% do volume de gás produzido; • Dióxido de carbono (CO2): 30 – 45% do volume total; • Traços de hidrogênio (H2), nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e gás
sulfídrico (H2S), entre outros.
Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale energeticamente (PCI e PCS) a: • 0,40 kg de GLP (gás de cozinha); • 0,61 a 0,70 litros de gasolina; • 0,55 litros de óleo diesel; • 0,80 litros de álcool; • 1,25 a 1,43 kWh de eletricidade; • 1,60 a 3,50 kg de lenha.
Composição do Biogás
METANO
O metano é um gás incolor, sua molécula é tetraédrica e apolar, de pouca solubilidade na água e, quando adicionado ao ar se transforma em mistura de alto teor inflamável. É o mais simples dos hidrocarbonetos. Fórmula: CH4 Massa específica: 0,66 kg/m³ Massa molar: 16,04 kg/kmol Ponto de ebulição: -164 °C Ponto de fusão: -182 °C Combustão do Metano - estequiométrica CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 208.400 calorias
Esquema da digestão anaeróbia da matéria orgânica
liquefação do meio
Metanogênese acetotrófica: CH3COOH → CH4 + CO2
Metanogênese hidrogenotrófica: 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Biogás a partir de resíduos de animais
Fluxograma Básico do Biogás Produção e Utilização
Digestor 2
Digestor Doméstico
Digestor Doméstico (Índia) A partir de restos de alimento produz gás suficiente para o consumo da família.
Capacidade – A usina tem capacidade de 20MW, proporcionando a geração de mais de 170.000MWh de energia por ano, o suficiente para abastecer uma cidade de 400 mil habitantes.
Usina Termoelétrica Bandeirantes (UTEB) – Perus SP
Dreno de biogás
Aterro de Içaras SC - 2005
Aterro de Içaras SC - 2005
Resultados da modelagem (m3/ano) NMOC- Non-Methane Organic Compound
Estimativa Teórica de Produção de Biogás
Aterro de Içaras SC - 2005
Resultados da modelagem (ton/ano)
Estimativa Teórica de Produção de Biogás
Leilões de Venda de Créditos de Carbono pela Prefeitura do Município de São Paulo (Aterros Bandeirantes e São João)
Battre – Termoverde – Salvador BA
Calibração, caracterização e balanço de massa em sistema de medição de vazão de biogás proveniente de aterro sanitário
Considerações:
- saída para o flare fechada
- pitometria nos pontos 2 e 3 do diagrama
- medição da umidade do biogás no ponto 3
- água condensada medida nos secadores 1 e 2
- composição média do biogás constante:
44,3% CH4
32,3% CO2 3,7% O2
RESULTADOS OBTIDOS L O C A L
Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Pontos 4 e 5
BATTRE BATTRE TERMOVERDE TERMOVERDE
Variável unid. Tubo PEAD Tubo INOX Após secador Secador
Temperatura bulbo seco oC 59,0 52,3 29,1 -
Umidade relativa % 35,0 48,0 27,1 -
Pressão estática Pa 3009 3019 19500 -
Massa específica kg/m3 1,023 1,044 1,330 -
Vazão mássica total kg/h 11859 11859 11453 -
Vazão mássica gas seco kg/h 11355 11355 11373 -
Vazão mássica vapor d'água kg/h 504 504 81 -
Vazão volumétrica total m3/h 11590 11354 8610 -
Vazão volumétrica CNTP de CH4 Nm3/h 4026 4026 4033 -
Área seção transv. duto m2 0,2333 0,2790 0,2771 -
Velocidade média m/s 13,8 11,3 8,6 -
Vazão de água condensada calc. kg/h - - - 424
Vazão de água cond. medida kg/h - - - 430
Coeficiente descarga Annubar - 0,68 0,67 0,66
Vazão média ind. no Supervisório 11546 11936 8859 (*)
Vazão de CH4 ind. no Supervisório m3/h 4403 4556Vazão de metano kg/h 2874 2874 2879
Vazão de dióxido de carbono kg/h 5763 5763 5772
Vazão de oxigênio kg/h 480 480 481
(*) Indicada no painel da Termoverde
11355 11373kg/h kg/h
504 81kg/h kg/h
424kg/h
Vazão total indicada no Supervisório:
Termoelétrica 11.546 m3/h
Vazão de CH4 indicada no Supervisório:
Termoelétrica 4.403 m3/h
Vazão total indicada no painel:
Termoelétrica 8.859 m3/h
Vazão total medida por pitometria:
Aterro 11.590 m³/h
Vazão de CH4 medida nas CNTP:
Aterro 4.026 m³/h
Vazão medida por pitometria:
Termoelétrica 8.610 m3/h
Aterro
Termoelétrica
Parâmetro calculado
Unidade
Dia 11.07.2012
15:00h a
15:30h
15:30h a
16:00h
16:00h a
16:30h
16:30h a
17:00h
17:00h a
17:30h
17:30h a
18:00h
Massa específica de CH4 ponto 3 kg/m3 0,330 0,338 0,338 0,337 0,340 0,341
Vazão de CH4 no ponto 3 Kg/h 2 810 2 864 2 859 2 844 2 866 2 872
Vazão de CH4 no ponto 3 Nm3/h 3 934 4 009 4 002 3 982 4 012 4 021
Massa específica de CH4 ponto 1 kg/m3 0,244 0,252 0,252 0,250 0,252 0,254
Vazão de metano no ponto 1 Kg/h 2 825 2 880 2 874 2 860 2 882 2 888
Vazão de metano no ponto 1 Nm3/h 3 957 4 033 4 026 4 006 4 036 4 045
Constante do biogás úmido 1 J/kg.K 303,8 304,0 304,0 303,8 303,9 303,9
Constante do biogás úmido 3 J/kg.K 298,2 298,4 298,5 298,3 298,4 298,4
Vazão de biogás no ponto 1 Nm3/h 9 656 9 706 9 717 9 728 9 747 9 748
Vazão de biogás no ponto 2 Nm3/h 9 656 9 706 9 717 9 728 9 747 9 748
Vazão de biogás no ponto 3 Nm3/h 9 137 9 188 9 198 9 209 9 228 9 230
• Calibração em campo de medidores de vazão de biogás • Certificação de sistemas de medição de biogás – Crédito de carbono • Determinação de PCI do biogás • Determinação de eficiência energética – conjunto motor-gerador
Ecometano – Cabo Frio RJ
Nilson Massami Taira, Eng., Ms, Prof.
Faculdades Metropolitanas Unidas
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
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