3 Congresso Internacional de Tecnologias para o Meio
AmbienteBento Gonalves RS, Brasil, 25 a 27 de Abril de 2012
Planta para compresso e tratamento de biometanoJos de Souza1,
Antonio Pereira Borba2, Mrcio Luiz Cardoso3, Mrio Augusto Alexandre
Coelho4, Lirio Schaeffer5FACCAT - Faculdades Integradas de Taquara
([email protected]) UFRGS - Universidade Federal do Rio
Grande do Sul ([email protected]) 3 FACCAT - Faculdades
Integradas de Taquara ([email protected]) 4 UFRGS -
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
([email protected]) 5 UFRGS - Universidade Federal do
Rio Grande do Sul ([email protected])2 1
Resumo Atravs deste estudo efetuou-se uma pesquisa sobre
recursos tecnolgicos necessrios para a montagem de um sistema de
compresso para biometano.Visando relacionar a necessidade atual de
tecnologias que viabilizem o empreendimento de usinas de biogs e
tcnicas disponveis, verificou-se a possibilidade de construo de uma
planta de compresso de biometano. Este artigo tem como objetivo
principal modelar tridimensionalmente a estao para compresso,
analisar os processos envolvidos e avaliar um modelo de um sistema
que possibilita envasar biometano. Verificou-se durante o processo
de modelagem a possibilidade de desenvolvimento de um sistema
eficiente e que utiliza o prprio biometano como combustvel para
abastecimento de motores e equipamentos. Palavras-chave: Biometano,
Compresso de biometano, Biocombustveis. rea Temtica: Tema 10
Biocombustveis. Abstract Through this study we performed a search
about technological resources necessary to assemble a compression
system for biometano. Aiming to relate the current need for
technologies that enable the investment in biogas plants and
available techniques, we verified the possibility of building a
biomethane compression plant. The main object of this paper is to
model three-dimensionally the compression station, to analyze the
involved processes and to assess a system model that enables the
bottling of biomethane. During the modeling process we verified the
possibility of developing an efficient system that uses the
biomethane itself as a fuel to supply engines and equipment. Key
words: Biomethane, Compression, Biofuels. Theme Area: Theme 10:
Biofuels.
3 Congresso Internacional de Tecnologias para o Meio
AmbienteBento Gonalves RS, Brasil, 25 a 27 de Abril de 2012
1
Introduo
Os biocombustveis desempenham um papel fundamental no
desenvolvimento e na busca por sustentabilidade. Os setores
econmicos e energticos no Pas e no mundo esto concentrando
investimentos em tecnologias para produo de biocombustveis. Muitos
esforos tm sido empregados no meio acadmico-cientfico para a gerao
de conhecimento e de novas tecnologias que promovam as formas de
energias renovveis. O desenvolvimento de tecnologias e equipamentos
imprescindvel para a utilizao destes recursos limpos e renovveis.
Sem estes recursos tecnolgicos a gerao de eficiente energia
praticamente invivel. O biometano um dos componentes deste grupo de
combustveis, uma vez que proveniente de matria orgnica degradada.
Alm deste aspecto, limpo, o biometano pode ser obtido de matria
orgnica com alta demanda qumica de oxignio como esgotos cloacais e
resduos orgnicos urbanos. A utilizao deste gs requer equipamentos e
compressores especiais, sem os quais no possvel obter a converso da
energia trmica em mecnica (Kapdi et al., 2005). Um ponto a ser
considerado em um sistema de compresso de biometano a necessidade
de combustvel para ser utilizado em motores de compressores,
filtragem, bombeamento, iluminao, entre outros. Considerando-se
esta situao avaliaram-se as possibilidades de utilizar o prprio
biocombustvel para utilizao na planta. O biometano formado em sua
maior parte de metano, assim como o GNV (Gs Natural Veicular) e por
isso mesmo pode substituir o combustvel veicular sem prejuzo no
potencial energtico e sem grandes modificaes necessrias nos
equipamentos. O GMV tambm depende de compresso para ser armazenado
em cilindros. Sem estes no existe a possibilidade de ser utilizado
em veculos automotores. Assim como esta a maioria das aplicaes onde
possvel a utilizao deste gs necessrio comprim-lo a baixas, mdias e
altas presses que podem ir de 30 a 240bar (Rutz & Rainer,
2008). O biometano um biocombustvel que pode substituir em parte os
combustveis fsseis, pois tem grande potencial de utilizao e para
tanto necessrio que se desenvolvam tecnologias para utilizao
eficiente deste (Handbook on Biogas Utilization, 1990). Poder tambm
ser utilizado em sistemas de refrigerao industrial, equipamentos de
tmpera, revenimento, recozimento de aos e outros tratamentos
trmicos, foges e fornos industriais, aquecimento, climatizao,
combustvel agrcola, motores a combusto interna, turbinas, etc. Alm
disso poder sofrer reforma para produo de Hidrognio (H) excelente
combustvel para clulas especiais. Este artigo tem como objetivo
dimensionar e modelar uma estao para compresso de biometano,
analisar os processos envolvidos na produo e avaliar um modelo de
um sistema movido com o prprio biocombustvel. Sendo a compresso do
biometano necessria para a sua utilizao e tendo-se um grande volume
de produo do mesmo imprescindvel que se utilize parte deste
combustvel para comprimi-lo. Para isso devem ser utilizados motores
a biogs ou biometano que possam ser instalados em sistemas de baixa
presso e acoplados aos compressores. Dessa forma utiliza-se uma
pequena parte do gs o que torna esse sistema inovador e com um
enorme diferencial. Por fim verificou-se que para a construo de um
sistema vivel necessrio considerar tecnologias existentes no
mercado nacional e internacional. Motores e compressores j so
encontrados no mercado para utilizao em plantas de compresso, no
entanto a experimentao e produo ainda so incomuns at os dias
atuais.
3 Congresso Internacional de Tecnologias para o Meio
AmbienteBento Gonalves RS, Brasil, 25 a 27 de Abril de 2012
2 Tecnologias aplicadas compresso de biometano 2.1 Compressores
O compressor um equipamento destinado a aumentar a presso de um
fluido gasoso (ar, hidrognio, vapores etc). Esse dispositivo
converte a energia mecnica em pneumtica encerrando o gs em um
reservatrio que usado no cilindro de compresso. O compressor pode
ser movido atravs de um motor geralmente eltrico. Existem vrios
tipos de compressores, tendo como principais 2 tipos, definidos a
partir do seu modo de operao: de deslocamento positivo
(compressores de pisto e de parafuso), que so subdivididos em
alternativos e rotativos, e compressores de palhetas (ou dinmicos),
que tambm so subdivididos em centrfugos ou axiais. Nos compressores
alternativos a compresso feita em uma cmara que varia o volume
atravs de um pisto que movimenta comprimindo o gs. Uma vlvula
permite que o gs escape com uma presso constante e outra permite
que preencha a cmara medida que o pisto se movimenta.Figura 1
Compressores de pisto.
Os compressores leo-dinmicos comprimem o gs por meio de um
fluido (leo hidrulico) incompressvel que ocupava a cmara de
compresso reduzindo o espao disponvel para o gs e causando a
compresso. Esta tecnologia, embora eficaz para que se alcance
elevadas presses, como no caso do gs veicular, mostram-se pouco
eficientes e apresentam altos ndices de contaminao do gs pelo leo
de compresso (Souza, 2010). Os compressores alternativos a pisto
utilizam leo como lubrificante o que tambm pode contaminar o gs.
Algumas tecnologias admitem o uso de anis de segmento de material
com baixo coeficiente de atrito e buchas especiais. Uma composio de
conceitos tambm possvel, com o uso de lubrificantes e componentes
especiais. A estrutura de compresso destes essencialmente metlica.
A cmara de compresso composta de uma liga, geralmente ao ou
alumnio. Estes compressores so na maioria dos casos propelidos por
motores eltricos e tracionados por transmisses de polias e
correias. A utilizao da energia eltrica considerada quando da
possibilidade de se utilizar uma fonte local, como o prprio
biometano ou biogs. Booster uma bomba compressora que tem a funo de
amplificar a presso de um determinado gs. Pode ser acionado
pneumaticamente, atravs da relao de Pascal (rea do mbolo e fora
exercida pelo pisto), onde multiplica a presso pneumtica em funo da
reduo de uma das duas cmaras relacionadas (Figura 2) (Brown,
2003).
3 Congresso Internacional de Tecnologias para o Meio
AmbienteBento Gonalves RS, Brasil, 25 a 27 de Abril de 2012
Figura 2 Multiplicao da presso atravs do princpio de Pascal
(Souza, 2010).
O circuito mantm a fora resultante da presso na cmara C1, a
transmisso da fora para uma rea menor faz com que ocorra a
multiplicao da presso, pois:F = P1 A1 = P2 A2
(1)
Assim sendo, se A1
