Modelação matemática do processo de digestão anaeróbia

Data
2016-04-27
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Projetos de investigação
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Resumo
A tecnologia existente (biodigestores) para o tratamento de efluentes agropecuários, onde ocorre o processo de digestão anaeróbia para a obtenção do biogás, tem sido alvo de investigação e de progressos ao longo dos últimos anos. A correta instalação, operação, manutenção mas em especial o correto dimensionamento destes equipamentos são os aspetos que contribuem para uma produção de biogás mais eficaz e com maior qualidade do mesmo. O desempenho e a qualidade de todo o processo de digestão anaeróbia depende de vários fatores. A presente dissertação centra-se no estudo sobre o dimensionamento de um tipo de biodigestores, de dois modelos diferentes: Indiano e Chinês. São utilizados dois tipos de dejetos de animais – bovinos e suínos – para a alimentação dos equipamentos e é analisado o impacto que tem na produção de biogás dos mesmos e no próprio dimensionamento. No que respeita à disponibilidade dos dejetos dos animais, é avaliado o potencial a nível nacional, em particular as regiões NUTS II. São apresentados dois métodos de cálculo diferentes para cada um dos modelos de biodigestor, baseados em filosofias diferentes: Num é utilizado o consumo de biogás de uma casa, onde o dimensionamento do biodigestor é otimizado para o consumo específico necessário. O outro parte essencialmente, da disponibilidade da matéria orgânica (dejetos) e da variação de fatores, para perceber qual a influência dos mesmos e cujos valores destes, são os ideais para maximizar a produção de metano – o gás que é convertido em energia elétrica e térmica. Verificar-se-á que os dejetos de bovinos constituem uma vantagem na alimentação dos biodigestores, tanto em termos de dimensionamento como na maximização da produção de biogás e que, a nível nacional, a média de animais por exploração, em geral, tem uma expressão pouco significativa no que toca a produção de energia suficiente para viabilizar a instalação de biodigestores.
Existing technology (digesters), for the treatment of agricultural effluents where the anaerobic digestion process occurs, for obtaining biogas, has been the subject of research and progress over the last few years. Proper installation, operation, maintenance and in particular, the correct sizing of these devices, are the aspects that contribute to a more efficient and higher quality biogas production. The performance and quality of the entire process of anaerobic digestion depends on several factors. This dissertation focuses on engineering a type of digester, in two different models: Indian and Chinese. Cattle and pig´s waste will be used to power the equipment and its specifications will be analyzed on the impact it has on production and the design itself. Regarding the availability of animal waste, it will evaluate the potential at a national level, in particular the NUTS II regions. Two different models for each of the biodigesters, based on different philosophies calculation methods, are presented: On the first one, it will be using the biogas consumption of a house where the sizing of the digester is optimized for the consumer’s needs. The second one depends on the availability of organic matter (manure) and the variation of factors, that determine which is the influence of those, whose values are ideal for maximizing the production of methane - the gas that is converted into electrical energy and thermal. It was determined that the waste of cattle has an advantage on the digesters, both in terms of design as the maximization of biogas production, and that nationally, the average number of animals per farm , in general, has a marginal expression in regards the production of sufficient power to enable the installation of digesters.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
Biogás , Modelação matemática , Resíduos orgânicos , Digestão anaeróbia
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