Verificao com o auxilio de software.Primeiramente fora feito o
desenho com as peas disponveis nos estoques, e verificado com o
auxilio de um programa, com simulao se esta estrutura suportaria a
carga mxima que solicitada no sistema, constatou-se que esta
suporta com poucas deformaes a carga maxiam que sera solicitada,
portanto ao utilizar estes materiais ela suportara, a talha
suportara a carga pela sua capacidade de levante.O ponto critico o
pino de conexo entre a corrente e a caixa.E os elos.
Universidade Estadual do Oeste do Paran - UNIOESTECCET - Campus
de CascavelPrograma de Ps-Graduao em Energia na Agricultura
PPGEAMestrado
Purificao do biogs utilizando sistema de refrigerao com
pastilhas de Peltier para remover a gua
Anderson Miguel LenzTecnlogo em Manuteno IndustrialEnergia na
AgriculturaLinha de Pesquisa em Fontes renovveis e racionalizao de
energia na agroindstria e agricultura.
CASCAVEL PR
2
SETEMBRO DE 2013
1 INTRODUO
Uma das necessidades mais bsicas do homem so as fontes de
energia para sobreviver, assim a evoluo do domnio das fontes de
energia se confunde com a evoluo do desenvolvimento da humanidade.
Hoje a maior parte das fontes de energia mundial composta por
fontes no renovveis, e alm de disso no so limpas, isso representa
srios problemas para sustentabilidade do nosso planeta, e
consequentemente da humanidade.Baseado nisso vem crescendo ano a
ano a pesquisa o desenvolvimento e o uso de fontes renovveis de
energia, que no apresentam risco de grande impacto ambiental, alm
de serem fontes inesgotveis de energia. Uma das fontes renovveis de
energia o biogs, produzido atravs da decomposio anaerbica de
compostos orgnicos. O biogs pode ser utilizado em diversos tipos de
equipamentos como fonte de energia, como motores mecnicos de ciclo
Otto para aproveitamento direto da energia mecnica, em queimadores
diversos, turbinas, aquecimento de gua, etc. Quando aplicado a
estes equipamentos como fonte de energia o biogs apresenta uma srie
de inconvenientes, pois na decomposio do material orgnico, so
gerados outros elementos alm do metano, como acido sulfdrico,
dixido de carbono e a gua. Estes provocam o deterioramento dos
instrumentos utilizados para fazer o monitoramento e os
equipamentos utilizados no aproveitamento desta fonte de energia,
alm de diminuir o poder calorifico. Uma das possveis solues para
minimizar este problema a retirada da gua do sistema utilizando
secadores por refrigerao, fazendo com que a gua em forma de vapor
seja condensada e purgada do sistema. Neste trabalho pretende-se
montar um sistema que far a retirada de parte da gua do sistema,
utilizando como fonte de refrigerao pastilhas de Peltier. 1.1
OBJETIVO Objetivo geral Desenvolver e construir um prottipo de um
secador de biogs por e refrigerao, utilizando uma fonte de
resfriamento por pastilhas de Peltier.
Objetivos especficos A) Avaliar a eficincia do equipamento
desenvolvido, analisando atravs da medio do teor de vapor saturado
antes de depois de passado pelo secador por refrigerao, atravs
tambm da medio do poder calorifico. B) Medir poder calorifico do
biogs purificado e no purificadoC) Verificar se h uma diminuio do
H2S.
2 REVISO DA LITERATURA
A nossa sociedade se desenvolveu basicamente quando passamos a
dominar os processos gerao e utilizao de energia, assim a evoluo
dos homens se confunde com a quantia de energia e qualidade de
energia que lhe tem disponvel. Juntamente com essa evoluo cresceu o
conhecimento sobre os danos que a poluio nos causa, e os benefcios
que a sustentabilidade nos d, onde se busca fontes energticas
renovveis e limpas, para podermos sustentar o nosso desenvolvimento
por mais tempo sem nos prejudicarmos e suprirmos todas as nossas
necessidades de forma tica PALZ (1995). A maior parte que compe a
atual matriz energtica mundial dominada por combustveis fosseis
representado aproximadamente 70% da gerao de eletricidade. Dentre
os combustveis fosseis utilizados destaca-se o carvo com 41%, e
13,5 % de energia nuclear, que uma energia altamente perigosa IEA
(2010).Assim a maior parte que compe a matriz energtica mundial se
baseia em fontes no renovveis, ou seja, vo se esgotar algum dia, e
em fontes que representam um grande problema para sustentabilidade
do desenvolvimento da humanidade.Baseado nestes problemas vem
crescendo ano a ano os investimentos em pesquisas de gerao de
fontes alternativas, que sejam limpas e renovveis, dentre as opes
existentes, esto o uso da biomassa, a energia solar, e a energia
elica (Giansanti, 1998; Leite et al., 2006).Uma das formas de
energia renovvel o biogs, este uma mistura gasosa produzida a
partir da decomposio anaerbica de materiais orgnicos, composta
primariamente de metano e dixido de carbono, com pequenas
quantidades de acido sulfdrico e amnia, tambm traos de hidrognio,
nitrognio, gua, monxido de carbono, carboidratos saturados ou
halogneos e oxigeno esto ocasionalmente presentes no biogs ZANETTE
(2009).O principal componente do biogs o metano, que possui um alto
poder calorifico, este pode variar de 5000 a 7000 Kcal/m, e quando
este for altamente purificado pode chegar at 12000 kcal/m EMBRAPA
(2006)Existem varias maneiras de utilizar a energia da queima do
metano do biogs, dentre elas destaca-se as redes de gs, acionamento
de motores de ciclo Otto, ou turbinas a gs, que pode ser utilizado
diretamente para fornecimento de energia mecnica ou algum tipo de
transporte, ou ainda para gerao de energia eltrica. Pode tambm ser
utilizado para combusto direta, onde o calor ira fazer o
aquecimento de ambientes, aquecimento da agua, produo de vapor,
secagem dos mais variados produtos JOHANN (2012). Mas para todos os
casos a presena de substancias no combustveis no biogs, como agua e
dixido de carbono, prejudica o processo de queima, tornando-o menos
eficiente j que diminuem o poder calorifico do biogs, assim estas
substncias misturam-se com o combustvel absorvendo parte da energia
gerada. Alm destes, tambm h a presena de H2S, que pode acarretar em
uma corroso precoce, diminuindo o rendimento dos equipamentos
utilizados, e quanto a vida til do motor trmico utilizado. COSTA ET
AL (2001).Para no danificar os componentes internos do sistema o
biogs precisa passar por uma purificao, esse segundo FRANA (2008)
deve ser composto por dois compartimentos instalados na linha de
captao do gs um para retirar a agua e outro para retirar o H2S.
Para a retirada da gua, o biogs passa por um recipiente onde a
mesma removida por um processo de condensao, mesmo processo de
sistemas de ar-comprimido. ALVES (2000) cita que a retirada da
humidade pode ser feita utilizando secadores por refrigerao, onde o
biogs deve ser resfriado em torno de 2C, para que a agua saturada
no biogs se condense e seja captada posteriormente por um
condensador, e assim retirada do sistema, purificando o biogs.
Nesta pesquisa pretende-se minimizar este inconveniente purificando
o biogs com a retirada da gua. Desenvolvendo, projetando e
executando uma estrutura filtrante onde o biogs entre nesta e
encontre um anteparo de alumnio conectado fisicamente com pastilhas
Peltier, que estaro a uma temperatura de 2C. Aps passar por este
chegara at o condensador onde ser separada, e pouco a pouco ira se
acumular no fundo de um reservatrio a gua. Aps isso ser purgada
automaticamente medida que alcance certo nvel determinado dentro do
filtro. Esta pesquisa pretende desenvolver um tratamento mais
eficiente e limpo, visando melhoria da qualidade do processo,
trazendo benficos diretos como reduo de custos de manuteno, aumento
da vida til dos equipamentos dentre outros.
3 MATERIAIS E MTODOS
3.1 Diagrama secador por refrigerao
Neste projeto ser montado um secador de biogs por pastilhas de
Peltier, a norma ISO 8573 especifica o diagrama de um secador que
deve ser montado para fazer a extrao da gua admitida por
compressores de ar comprimido junto com o ar atmosfrico, conforme
pode ser visto na figura 1.
Figura 1. Diagrama de secagem do ar norma ISO8573
No diagrama, o ar mido entrar no sistema recebe um resfriamento
inicial, ao chegar ao resfriador principal s partculas de gua na
forma de vapor sofrem uma reduo de temperatura, at o ponto de
orvalho, ao chegar ao separador est gua se condensa, e se acumula
no fundo do reservatrio para ser drenada. Aps isso, ela passa por
um resfriador inicial para devolver um pouco do calor, e aumentar a
eficincia do sistema PNEUMATICONLINE (2013).A fonte de resfriamento
no diagrama da figura 1, da norma composta por um sistema de
refrigerao comum, a proposta deste trabalho avaliar se o sistema ir
apresentar o mesmo desempenho caso a fonte de resfriamento seja
feita utilizando pastilhas de Peltier.
3.2 pastilhas Peltier
Patilhas de efeito Peltier, tambm conhecidas como pastilhas
termoeltricas utilizam o efeito refrigerador ou aquecedor ao se
fazer passar uma corrente eltrica continua por dois condutores. Ao
aplicar uma voltagem entre os plos, cria-se um diferencial de
temperatura entre as faces opostas da placa pelo efeito
termoeltrico inverso que acontece ao fundir dois metais diferentes
e ao fazer passar uma corrente eltrica por estes levar o calor de
uma face at a outra face, este processo ser to mais eficiente
quando maior for a diferena de temperatura entre as duas placas,
assim para que se possa aumentar a eficincia do processo adicionado
ventiladores, e dissipadores de calor de alumnio para aumentar a
rea de contato e troca trmica. Basicamente as pastilhas so formadas
por semicondutores do tipo P e tipo N, Esses elementos
semicondutores so soldados entre duas placas cermicas,
eletricamente em srie e termicamente em paralelo. Essa placa
ilustrada pela figura 2. As pastilhas Peltier hoje so vendidas
comercialmente como placas Peltier, e so utilizadas para fazer o
resfriamento de processadores de computadores potentes, e
servidores, so utilizados tambm para fazer a o resfriamento de
frigobares e mini-geladerias dentre outros.O Peltier possui
diversas vantagens em relao aos processos de refrigerao
convencional como ser extremamente leve, possuir a possiblidade de
se fazer um controle preciso da temperatura, ao ser conectado a um
mdulo de controle PWM, ser silencioso, no h nenhum tipo de vibrao,
requer menos espao fsico e tambm pouca manuteno.TAN (2005).
Figura 2. Funcionamento de uma pastilha Peltier. Fonte: PADDOCK
(2013).Para poder fazer a condensao da gua presente na forma de
vapor no biogs por refrigerao, necessrio que esta encontre pelo
caminho um anteparo com temperatura 3 C, que condiz com um dos
mtodos de purificar o biogs descrito por ALVES (2000).
3.3 Controle PWM
Para manter uma superfcie em 3C com pastilhas Peltier necessrio
um tipo de controle preciso, que tenha respostas rpidas para que a
variao de temperatura no se decline ou suba muito rapidamente
perdendo a qualidade do resfriamento. Um controle que amplamente
aplicado para fazer o controle da potncia de pastilhas Peltier o
PWM, este se baseia no chaveamento da tenso de entrada, onde com
base no chaveamento desta ao chegar carga, consegue-se variar o
tempo que a tenso aplicada, assim consequentemente a tenso mdia, e,
portanto a potncia utilizada PADDOCK (2013), neste projeto ser
elaborado e montado um controle utilizando um microcontrolador
PIC18F4550, onde com base na leitura de um sensor de temperatura
instalado na superfcie do dissipador de calor conectado a pastilha
Peltier, dentro do resfriador, ir variar a potncia dissipada
conforme a temperatura, quando a temperatura aumentar o controlador
ir aumentar proporcionalmente potncia mdia de sada, e o inverso de
maneira igual. Neste trabalho ser montado um secador por refrigerao
conforme a classificao da norma ISSO 8573-1 de classe 4,
PNEUMATICONLINE (2013) onde a temperatura de condensao padronizada
para sistemas de refrigerao de 3C, com base no diagrama da figura
1, ser elaborado e executado um projeto mecnico, com materiais
simples com tubos de ao, curvas 90 chapas de ao etc.
3.4 Avaliao
Aps a montagem e instalao em um local a ser definido, ser
realizado as analises de biogs antes de passar pelo secador, e
depois de passar pelo secador, verificando o teor de humidade, e
verificar por intermdio de comparao estatstica se h diferena entre
o poder calorifico do biogs antes e depois do secador. Pretende-se
verificar tambm se este diagrama que aplicado para purificao do ar
comprimido retirando a umidade presente no ar admitido, funcionara
de maneira satisfatria para purificao de biogs, em relao humidade
presente no mesmo.
4. RESULTADOS ESPERADOS
Verificar se o prottipo tem condies de constituir uma soluo
potencial para solucionar o problema do vapor saturado presente no
biogs. Aumentar a vida til dos equipamentos utilizados para fazer a
converso de energia do biogs em uma forma til.Aumentar o poder
calorifico do biogs, assim melhorando a eficincia do sistema como
um todo, assim possibilitando a diminuio de custos.Obter os mesmos
resultados de purificao utilizados em secadores de ar comprimido,
aplicado ao biogs.
5. BIBLIOGRAFIA
PALZ, W. Energia solar e fontes alternativas. So Paulo: Hemus,
1995. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Key World Energy Statistics
2010. IEA.Paris, 2010a.GIANSANTI, R. O desafio do desenvolvimento
sustentvel. 3 ed. So Paulo:Atual, 1998. LEITE, A.P.; Borges,
C.L.T.; Falco, D.M. Modelagem de Usinas Elicas para estudos de
confiabilidade. Revista Controle e Automao. [S/L], v. 17,
2006ZANETTE A.L. potencial de aproveitamento energtico do biogs no
brasil. Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de
Planejamento Energtico,COPPE, UFRJ. Rio de janeiro 2009.EMBRAPA,
Reunio tcnica sobre biodigestores para tratamento de dejetos de
suno e uso de biogs. Comunicado tcnico numero 106. Concrdia-SC.
2006.JOHANN D. C. Dimensionamento de uma instalao para
aproveitamento do biogs existente nas pequenas propriedades rurais.
Trabalho Final de Curso Bacharel em Engenharia Mecnica. Faculdade
Horizontina. 2012.COSTA et al. Produo de Energia Eltrica a partir
de Resduos Slidos Urbanos. Trabalho de Graduao
Interdisciplinar.FAAP. So Paulo. 2001.FRANA JR, Antnio Tavares de.
Anlise do aproveitamento energtico do biogs produzindo numa estao
de tratamento de esgoto. Ilha Solteira SP. Dissertao apresentada
faculdade de da Universidade Estadual Paulista Jlio de Mesquita
Filho como parte dos requisitos exigidos para a obteno do ttulo de
Mestre em Engenharia Mecnica. 2008. Disponvel em: Acesso em: 27
set. 2013.
2. QUESTIONRIO | Descreva, objetivamente, as experincias e
realizaes acadmicas, cientficas ou profissionais adquiridas mais
relevantes, voltadas rea de Energia na Agricultura.Durante a minha
graduao em tecnologia em manuteno industrial, pude participar de
vrios projetos de pesquisa voltados rea de Energia na agricultura,
como o desenvolvimento de um sensor LVDT que faz o monitoramento do
estado hdrico das plantas a partir da variao do dimetro do caule.
Pois este um dos indicadores do estado hdrico da planta, juntamente
com o sensor foi desenvolvido um sistema de aquisio de dados
utilizando o Microcontrolador PIC18F4550, atuando como voluntrio no
Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Sistemas Embarcados GPDSE.
Pude participar da montagem e instalao de um banco de baterias, que
recarregado por 8 painis fotovoltaicos para fazer a alimentao de 14
luminrias LED, estas que iluminam um dos corredores do campus da
UTFPR Medianeira noite, trabalho realizado dentro do estgio e
dentro do grupo de pesquisa Laboratrio de Aplicaes Tecnolgicas na
Indstria-LATI. Participei tambm da montagem de bancadas didticas na
rea de automao e instalaes eltricas, alm da elaborao de documentos
tcnicos da rea mecnica e eltrica e automao, utilizando softwares
como autoCAD e SolidWorks. Durante um ano e meio participei do
programa de monitoria, na disciplina de estatstica. Participei de 2
eventos cientficos acadmicos, CONBEA 2012, SICITE 2012. Nos
projetos cientficos adquiri experincia em vrios processos de
fabricao, como soldagem, usinagem, fresagem CNC etc. || Descreva as
razes que o levaram a escolher o tema do pr-projeto de
pesquisa.Atualmente trabalho na empresa Frimesa cooperativa central
Medianeira, na rea de manuteno eletromecnica, um dos setores que
abrange nossos cuidados o de ambiental, este responsvel pela
tratamento de efluentes do frigorifico, onde parte dos dejetos
utilizado para fazer a produo de biogs, utilizado no chamuscador de
pelos de sunos. E um dos inconvenientes encontrados justamente o
excesso de agua na linha de biogs, que contribui-o para em pouco
mais de 3 anos de operao destruiu metade das tubulaes, alm de
alguns instrumentos de medio, alm de que semanalmente os
responsveis pelo setor, necessitam abrir uma das tubulaes para
retirar o excesso de gua condessada, na tentativa de diminuir os
danos que esta pode causar. Baseado neste problema encontrado
busca-se desenvolver, e avaliar uma possvel soluo para este
problema.
