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

Edição

2021: Dossiê: I Simpósio de Meio Ambiente e Energia (SiMAE)

Seção

Dossiês

Categorias

Licença

Copyright (c) 2021 Pedro Henrique de Lima Gomes

Creative Commons License
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Licença Creative Commons
Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Todo o conteúdo desta revista está protegido pela Lei de Direitos Autorais (9.610/98). A reprodução parcial ou completa de artigos, fotografias ou artes no geral contidas nas publicões deve ser  creditada ao autor em questão. A revista Ambiente: Gestão e Desenvolvimento (ISSN 1981-4127) é distribuída sob a licença Creative Commons – Atribuição – uso comercial – compartilhamento pela mesma licença (BY). Há permissão de uso e criação de obras derivadas do material, contanto que haja atribuição de créditos (BY). As publicaçãos são distribuídas gratuitamente no site oficial.

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: 23 nov. 2024.

Artigos Semelhantes

131-140 de 320

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

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