Determinação experimental e simulada da produção de biogás usando o ADM1

Calibração do modelo

Autores

DOI:

https://doi.org/10.24979/ambiente.v1i1.951

Palavras-chave:

Produção de biogás, ADM1, MATLAB®

Resumo

Dentre os modelos matemáticos que objetivam entender e otimizar o processo de produção de biogás (PB), destaca-se o modelo de digestão anaeróbica nº 1 (ADM1). Os principais fatores limitantes da implementação do ADM1 referem-se a sua calibração. Diante disto, o presente trabalho teve como objetivo ajustar o ADM1 para a PB usando glicose e dejetos suínos diluídos em água. A PB experimental ocorreu dentro de um tempo de retenção hidráulica (TRH) de 13 dias em regime de batelada, e a análise do biogás produzido foi realizada via cromatografia gasosa. A produção simulada foi obtida a partir do MATLAB® mediante o ajuste de parâmetros bioquímicos, físico-químicos e operacionais. O volume médio acumulado diário de biogás experimental obtido foi de 160 mL·dia-1, estando 9,03 mL·dia-1 abaixo do valor simulado (R2 = 0,98). As concentrações percentuais de CO2 (60% e 52%) e CH4 (40% e 48%) previstos em simulação para um TRH de 6 dias estavam de acordo com os mensurados experimentalmente, respectivamente. Nesse contexto, conclui-se que o modelo calibrado pode ser usado como base de previsão para a PB em condições similares à observada por esse estudo.

Downloads

Os dados de download ainda não estão disponíveis.

Biografia do Autor

  • Pedro Henrique de Lima Gomes, Universidade Estadual do Ceará

    Engenheiro de Energias pela Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-brasileira (UNILAB), onde atuou como bolsista de iniciação científica nas áreas de catálise ambiental, adsorção e catálise enzimática voltada a produção de biocombustíveis. Mestre em Ciências Físicas Aplicadas (MACFA) da Universidade Estadual do Ceará (UECE), atuando na área de energias e meio ambiente, tratando especificamente sobre fluidodinâmica de biorreatores anaeróbicos para a produção de biogás. Atuou como pesquisador mestre (FUNCAP) no projeto intitulado Análise de Desempenho Energético de Misturas GN/GNR em Câmara de Combustão Industrial Automatizada, realizado nas instalações dos Laboratórios Associados de Inovação e Sustentabilidade (LAIS) / Universidade Estadual do Ceará (UECE) em parceria com a Companhia de Gás do Ceará. Atualmente é Doutorando em Ciências Naturais pela Universidade Estadual do Ceará (PPGCN/ UECE).

  • Lucinda Oliveira Amaro, Universidade Estadual do Ceará/UECE

    Desde, 2019, cursando um novo Mestrado em Ciências Físicas Aplicadas, em Energia e Meio Ambiente na Universidade Estadual do Ceará (UECE). Membro do Laboratório de Avaliação do Ciclo de Vida (LACV) -UECE.Doutorado (Incompleto) em Engenharia e Ciência de Materiais pela Universidade Federal do Ceará (2015). Especialização em Perícia e Auditoria Ambiental (2012) pela Universidade de Fortaleza. Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais pela Universidade Federal do Ceará (2006) e graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal do Ceará (2000). Experiência na área de Química, com ênfase em Química e Meio Ambiente.

  • Francisca Nayane Saraiva da Silva, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira

    Graduada em Agronomia pela Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira - (UNILAB). Atuou como bolsista no projeto "Educação ambiental: brincando e aprendendo sobre a arte de preservar" vinculada a Pró-reitoria de Extensão, Arte e Cultura - PROEX. Atuou como bolsista no projeto "Ecofisiologia de pimentão cultivado em dois ambientes e submetido a diferentes doses de biofertilizante misto" vinculado a FUNCAP. Integrou como bolsista ao "Programa Semear alimentos e ideias: colher saúde e desenvolvimento" vinculado a Pró-reitoria de Extensão, Arte e Cultura - PROEX.

  • Francisco Frederico dos Santos Matos, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará/IFCE

    Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Ceará (1996) e título de Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina (2002). Atuou como Eng. Pesquisador II na Whirlpool S.A. durante 4 anos e 11 meses, onde obteve experiência na área de Eficiência Energética, com ênfase em válvulas automáticas que são acionadas pelo escoamento. Atualmente é Professor do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Ceará, onde atua nos cursos de graduação em engenharia mecânica e mestrado acadêmico em energias renováveis, lecionando nas disciplinas de Termodinâmica, Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Mecânica dos Fluidos Computacional, Refrigeração e Máquinas Térmicas.

  • Ana Luiza Bessa de Paula Barros, Universidade Estadual do Ceará/UECE

    Possui bacharelado em Informática pela Universidade de Fortaleza (1993), mestrado em Ciências da Computação pela Universidade Federal de Minas Gerais (1998) e Doutorado em Engenharia de Teleinformática pela Universidade Federal do Ceará (2013). É professora da Universidade Estadual do Ceará, exercendo atualmente a função de coordenadora do Curso de Ciência da Computação. Trabalhou em diversos projetos de pesquisa e desenvolvimento, atuando principalmente nos seguintes temas: gerenciamento baseado em políticas, qualidade de serviço, gerência de redes, desenvolvimento de sistemas e gerência de projetos. Atualmente, trabalha na área de Engenharia de Software/Qualidade de Software. É também tutora da Empresa Júnior do Curso de Ciência da Computação da UECE - Acens. Coordenadora do Laboratório de Laboratório de Análise de Ciclo de Vida (LACV). Membro do conselho LAIS - Laboratórios Associados de Inovação e Sustentabilidade da Universidade Estadual do Ceará (UECE).

  • Mona Lisa Moura de Oliveira, Universidade Estadual do Ceará/UECE

    Doutora em Engenharia Mecânica pelo Instituto Superior Técnico - Lisboa (2009) em cooperação com a Universidade de Málaga - Espanha. É professora Adjunta do Curso de Física e membro do conselho LAIS – Laboratórios Associados de Inovação e Sustentabilidade da Universidade Estadual do Ceará (UECE). Coordenou o Mestrado Acadêmico em Ciências Físicas Aplicadas da UECE no período de 03/2016-03/2019. É docente permanente do Programa de Pós-Graduação em Ciências Naturais da UECE (Área CAPES - Interdisciplinar) e do Programa de Pós-graduação em Tecnologia e Gestão Ambiental do IFCE-Fortaleza (Área CAPES - Engenharias I). Atualmente é membro do comitê científico da Rede Nacional de Combustão (RNC) e presidente da Câmara de Inovação da FUNECE. Possui experiência nas áreas de veículos automotores, biocombustíveis, energias, sistemas térmicos, biomassa, combustão, Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) de produtos e processos, monitoramento e controle de emissões, catálise ambiental e adsorção. Participa também do Comitê Técnico do Programa Federal Rota 2030 - Linha V (Biocombustíveis, Propulsão à combustão e Segurança veicular), coordenador pela FUNDEP.

Referências

AQUINO, S. F.; SILVA, S. Q.; CHERNICHARO, C. A. L. Considerações práticas sobre o teste de demanda química de oxigênio (DQO) aplicado a análise de efluentes anaeróbios. Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental, Rio de Janeiro, v. 11, n. 4, p. 295–304, abr. 2006. Disponível em: <https://www.scielo.br/pdf/esa/v10n2/a09v10n2>. Acesso em: 08 jul. 2019.

BATSTONE, et al. The IWA Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1). Water Science & Technology, Australia, p.1–11, 2002. Disponível em: <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4296694/mod_resource/content/1/ADM1-WST.pdf >. Acesso em: 08 jun. 2019.

BUSWELL, A. M., MUELLER, H. F. Mechanism of methane formation. Industrial and Engineering Chemistry, v. 40, n. 3, p 550–552, 1952. Disponível em: https://doi.org/10.1021/ie50507a033. Acesso em: 09 jul. 2019.

DAZA, Silva Marina Araujo. Nusselt number correlation for a jacketed stirred tank using computational fluid dynamics. 2017. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) — Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2017. Disponível em: <http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/330527>. Acesso em: 12 set. 2019.

DEMITRY, Morris Elya. Estabilidade do processo de digestão anaeróbica e a extensão do ADM1 para a codigestão de lodo municipal com resíduos de padaria. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) — Utah State University, Logan, 144 f, 2016. Disponível em: <https://digitalcommons.usu.edu/etd/4945>. Acesso em: 13 ago. 2019.

GALÍ, A. et al. Modified version of ADM1 model for agro-waste application. Bioresource Technology, v. 100, n. 11, p.2783–2790, 2009. Disponível em: <https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.12.052>. Acesso em: 05 mar. 2019.

GIRAULT, R. et al. Combination of batch experiments with continuous reactor data for ADM1 calibration: application to anaerobic digestion of pig slurry. Water Science & Technology, p.2575–2582, 2011. Disponível em: <https://doi.org/10.2166/wst.2011.594>. Acesso em: 04 jan. 2019.

IVANOVA, Lyudmila. K.; RICHARDS, David. J.; SMALLMAN, David. J. The long-term settlement of landfill waste. Waste and Resource Management, v. 161, p. 121-133, 2008. Disponível em: <https://doi.org/10.1680/warm.2008.161.3.121> Acesso em: 13 out. 2019.

NGUYEN, Hoa Huu. Modelling of food waste digestion using ADM1 integrated with Aspen Plus. These (Doctorate of Philosophy) — University of Southampton, 305 f., 2014. Disponível em: <https://eprints.soton.ac.uk/375082/2/HHN_Thesis_FINAL_Feb_2017_rechecked.pdf >. Acesso em: 27 out. 2019.

PABÓN-PEREIRA, C. P.; SLINGERLAND, M.; VAN LIER, J. B.; RABBINGE, R. Anaerobic digestion as a key technology for biomass valorization: contribution to the energy balance of biofuel chains. In: WELLINGER, A.; MURPHY, J.; BAXTER, D. The biogas handbook science, production and applications. Philadelphia: Woodhead Publishing, 2013. cap. 7, p.166–186.

PONTES, Anderson Honório de Brito. Automatização de um biorreator para avaliação da codigestão de biomassas. 2018. 128 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Físicas Aplicadas) — Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Estatual do Ceará, Fortaleza, 2018.

QUEEN, André Sampaio. Simulador de Reatores Anaeróbios com base no ADM1. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas) — Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 100 f, 2006. Disponível em: <https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-04092006-170243/publico/AndreQueen.pdf>. Acesso em: 12 set. 2019.

RICHARDS, B. K., CUMMINGS, R. J., WHITE, T. E., JEWEL, W. J. Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters. Biomass and Bioenergy, v. 1, n. 2, p. 65–73, 1991. Disponível em: <https://doi.org/10.1016/0961-9534(91)90028-B>. Acesso em: 12 ago. 2019.

Downloads

Publicado

31/08/2021

Como Citar

Determinação experimental e simulada da produção de biogás usando o ADM1: Calibração do modelo. Ambiente: Gestão e Desenvolvimento, [S. l.], v. 1, n. 1, 2021. DOI: 10.24979/ambiente.v1i1.951. Disponível em: https://periodicos.uerr.edu.br/index.php/ambiente/article/view/951. Acesso em: 6 dez. 2024.

Artigos Semelhantes

1-10 de 320

Você também pode iniciar uma pesquisa avançada por similaridade para este artigo.

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)