1

Desenvolvimento de Analisador de CO2

para uso em Biofiltros

André Luis Casara

Orientador: Luis Fernando Espinosa Cocian

Universidade Luterana do BrasilUlbra

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Introdução

Ex: aterros sanitários é quase inexistente o controle e remediação dos gases poluentes.

Aterro sanitário de lixo urbanoFonte : ABNT - 23/7/2010

3

Introdução

Processos biológicos são considerados de baixo custo para remoção de poluentes atmosféricos(Gonçalves,2004).

A biofiltragem é bem sucedida quando são conhecidos e entendidos os processos biológicos (Cookson,1995).

Rede de dreno de gases em aterro sanitário

Fonte: Portal ClickUsina de Biogás em SP

Fonte: Portal Olhar Digital

4

Introdução

Biofiltragem: Microrganismos degradam substâncias tóxicas gasosas (Janke,2002):

Biomassa Microbiana+Substrato = Biomassa Microbiana + CO2 + H2O

Gráfico de Crescimento de Biomassa Microbiana

5

Objetivo

Desenvolver um analisador de CO2 através de uma interface de aquisição de dados que visa auxiliar no estudo do crescimento microbiano de um biofiltro

Biofiltro: remoção de poluentes.

6

Metodologia - Biofiltro

Compressor

Gás de cozinha

Misturador degases

Dosadorcaldo nutritivo

e água

Sensor detemperaturae aquecedor

Válvulas de fluxo

Biofiltro

Sensor de CO2

Estação de aquisicão de

dados e controlador

PC

Compressor

Gás de cozinha

Misturador degases

Dosadorcaldo nutritivo

e água

Sensor detemperaturae aquecedor

Válvulas de fluxo

Biofiltro

Sensor de CO2

Estação de aquisicão de

dados e controlador

PC

7

Metodologia

1-Compressor2-Gás de Cozinha3-Estufa com Biofiltro4-Válvulas de Fluxo5-Circuitos Eletrônicos6-Fonte de

Alimentação7-Dosador de Caldo

Nutritivo1

23

4

5

6

7

6

7

8

Metodologia

Caldo nutritivo: – 2 l de água em 18 g de pó nutriente (Nutrient Broth).

Fluxo de ar– 185 ml/min

Temperatura– 35 0C

Inoculação de comunidade de microrganismos– Desconhecida

Período do experimento– 24h

Aquisições– períodos de 1 segundo

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Diagrama em Blocos do Hardware

Sensor CO 2 Amplificador Conversor A/D

Microcontrolador

Serial RS232

PC

Relé 1Dosador de

Caldo Nutritivo

Relé 2Remoção da

Biomassa Celular

SensorTemperatura

Sensor CO 2 Amplificador Conversor A/D

Microcontrolador

Serial RS232

PC

Relé 1Dosador de

Caldo Nutritivo

Relé 2Remoção da

Biomassa Celular

SensorTemperatura

10

Esquemático Placa Principal (1)

11

Esquemático Placa Principal (2)

12

Placa Condicionadora de Sinal dos Sensores

V25 V

GND

U2B5

6

11

4

7V30.24 V

GND

GND

R3

10kΩ R4

2.7kΩ

GND

GND

5

R6

10kΩR5

100Ω

6 Conversor A/D PIC16F916

8

4

1

GND

GND

GND

V25 V

R2

1MΩ10%

R1

150kΩ10%

GND

GND

GND

U2A

LM324N

3

2

11

4

1

U2B

LM324N

5

6

11

4

7

2

V30.24 V

3

GNDGNDGND

4

GND

GND

R3

18kΩ R410kΩ

GND

GND

5

C1100nF

R6

10kΩ

R756kΩ

GND GND GNDGND

R5

8.2kΩ

6 7 Conversor A/D PIC16F916

18

LM35

MG811 (CO2)

13

Placa Pré-Amplificadora Sensor CO 2

14

Hardware Desenvolvido

1- Placa Principal

2-Placa Condicionadora de sinal dos sensores de CO2e temperatura

3-Placa pré-amplificadora do sensor CO2

1

2

3

15

Diagrama em Blocos do Software

Objeto Serial Painel Principal

Banco de Dados

Objeto Gráfico

Tabela Local

Objeto Serial Painel Principal

Banco de Dados

Objeto Gráfico

Tabela Local

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Resultados Práticos Monitoramento CO2

17

Etapas do Crescimento Microbiano Adquiridas

1-Fase LAG duração 12h, 2-Fase LOG duração 5h 3-Fase ESTABILIZAÇÃO duração 2h 4-Fase LETAL no final do experimento

12

3

4

18

Equação Empregada Sensor CO 2

)*/())*(2(2)( TREcEMFFeCOP −−=

))*((()10/Re/*((29,752)( ãoamplificaçAvsensorVobitsdAsoluçãoVccVadeCOP −−−−−−=

))21,18*325,0())1023/5*(*((29,752)( mVVVadeCOP −−=

R=8,315 J. K-1. mol-1

T=308,2 K (350 C)F= 96485 C . mol-1

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Resultados CO 2 calculado a partir dos dados adquiridos.

0

20

40

60

80

100

120

1 2246 4491 6736 8981 11226 13471 15716 17961 20206 22451 24696 26941

Tempo (s)

Log

(Pco

2)

20

Resultados Monitoramento Temperatura

21

Resultados Monitoramento Temperatura

Duração Experimento: 24h

Média Aritmética = 34,95 OC; Desvio Padrão = 0,33 OC;

Erro Padrão = 0,00149 OC; N. Amostral = 49182;

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Conclusões

Foi desenvolvido um analisador de CO2 através de uma interface de aquisição de dados;

Analisador : funcional , pois os resultados obtidosrepresentam os padrões já verificados em outrosestudos (e.g. Janke, 2002);

Ferramenta auxiliar no estudo do crescimento microbiano em biofiltros, com a função de remover poluentes.

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Referências

GONÇAVES, Cristina Maria da Silva. Estudos de biodegradação de COV´s e aplicação na torre biológica de pratos. 2004. Dissertação submetida a Universidade do Minho.

JANKE, H. D. Umweltbiotechnik . Eugen Ulmer Gmb & Co,2002

COOKSON, John T. Bioremediation engineering-desing and application . New York: Mc Graw-HillInc.1995