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1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº Medição de biogás proveniente de aterros sanitários Nilson Massami Taira São Paulo: FMU, Complexo Educacional, (Palestra proferida na 10ª Edição de Inovações da Escola de Engenharia e Tecnologia da Informação Projetos, Pesquisa e Tecnologias) A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

2 SP, 03 de maio de 2016 MEDIÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERROS SANITÁRIOS

3 BIOGÁS Mistura gasosa composta principalmente de gás metano (CH 4 ) e é obtido pela digestão anaeróbia (em ausência de oxigênio) de matéria orgânica, onde microrganismos atuam em um ecossistema balanceado com limites de temperatura, ph, nutrientes e teor de umidade. A produção de biogás pode ocorrer de forma natural, como nos aterros sanitários ou com a implantação de uma usina de biogás, cujo processo é totalmente limpo, eficaz e sustentável.

4 Composição do Biogás Metano (CH 4 ): 55 70% do volume de gás produzido; Dióxido de carbono (CO 2 ): 30 45% do volume total; Traços de hidrogênio (H 2 ), nitrogênio (N 2 ), oxigênio (O 2 ) e gás sulfídrico (H 2 S), entre outros. Um metro cúbico (1 m³) de biogás equivale energeticamente (PCI e PCS) a: 0,40 kg de GLP (gás de cozinha); 0,61 a 0,70 litros de gasolina; 0,55 litros de óleo diesel; 0,80 litros de álcool; 1,25 a 1,43 kwh de eletricidade; 1,60 a 3,50 kg de lenha.

5 METANO O metano é um gás incolor, sua molécula é tetraédrica e apolar, de pouca solubilidade na água e, quando adicionado ao ar se transforma em mistura de alto teor inflamável. É o mais simples dos hidrocarbonetos. Fórmula: CH 4 Massa específica: 0,66 kg/m³ Massa molar: 16,04 kg/kmol Ponto de ebulição: -164 C Ponto de fusão: -182 C Combustão do Metano - estequiométrica CH O 2 CO H 2 O calorias

6 Esquema da digestão anaeróbia da matéria orgânica liquefação do meio Metanogênese hidrogenotrófica: 4H 2 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O Metanogênese acetotrófica: CH 3 COOH CH 4 + CO 2

7 Biogás a partir de resíduos de animais

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9 Fluxograma Básico do Biogás Produção e Utilização

10 Digestor 2

11 Digestor Doméstico Digestor Doméstico (Índia) A partir de restos de alimento produz gás suficiente para o consumo da família.

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18 Usina Termoelétrica Bandeirantes (UTEB) Perus SP Capacidade A usina tem capacidade de 20MW, proporcionando a geração de mais de MWh de energia por ano, o suficiente para abastecer uma cidade de 400 mil habitantes.

19 Aterro de Içaras SC Dreno de biogás

20 Aterro de Içaras SC Estimativa Teórica de Produção de Biogás Resultados da modelagem (m3/ano) NMOC- Non-Methane Organic Compound

21 Aterro de Içaras SC Estimativa Teórica de Produção de Biogás Resultados da modelagem (ton/ano)

22 Leilões de Venda de Créditos de Carbono pela Prefeitura do Município de São Paulo (Aterros Bandeirantes e São João)

23 Battre Termoverde Salvador BA

24 Calibração, caracterização e balanço de massa em sistema de medição de vazão de biogás proveniente de aterro sanitário

25 Considerações: - saída para o flare fechada - pitometria nos pontos 2 e 3 do diagrama - medição da umidade do biogás no ponto 3 - água condensada medida nos secadores 1 e 2 - composição média do biogás constante: 44,3% CH 4 32,3% CO 2 3,7% O 2

26 RESULTADOS OBTIDOS L O C A L Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Pontos 4 e 5 BATTRE BATTRE TERMOVERDE TERMOVERDE Variável unid. Tubo PEAD Tubo INOX Após secador Secador Temperatura bulbo seco oc 59,0 52,3 29,1 - Umidade relativa % 35,0 48,0 27,1 - Pressão estática Pa Massa específica kg/m3 1,023 1,044 1,330 - Vazão mássica total kg/h Vazão mássica gas seco kg/h Vazão mássica vapor d'água kg/h Vazão volumétrica total m3/h Vazão volumétrica CNTP de CH4 Nm3/h Área seção transv. duto m2 0,2333 0,2790 0, Velocidade média m/s 13,8 11,3 8,6 - Vazão de água condensada calc. kg/h Vazão de água cond. medida kg/h Coeficiente descarga Annubar - 0,68 0,67 0,66 Vazão média ind. no Supervisório (*) Vazão de CH4 ind. no Supervisório m3/h Vazão de metano kg/h Vazão de dióxido de carbono kg/h Vazão de oxigênio kg/h (*) Indicada no painel da Termoverde

27 Vazão total medida por pitometria: Aterro m³/h Vazão de CH 4 medida nas CNTP: Aterro m³/h Vazão medida por pitometria: Termoelétrica m 3 /h kg/h kg/h kg/h kg/h Vazão total indicada no Supervisório: Termoelétrica m 3 /h Vazão de CH 4 indicada no Supervisório: Termoelétrica m 3 /h Vazão total indicada no painel: Termoelétrica m 3 /h 424 kg/h

28 Aterro Termoelétrica

29 Dia Parâmetro calculado Unidade 15:00h a 15:30h 15:30h a 16:00h 16:00h a 16:30h 16:30h a 17:00h 17:00h a 17:30h 17:30h a 18:00h Massa específica de CH 4 ponto 3 kg/m 3 0,330 0,338 0,338 0,337 0,340 0,341 Vazão de CH 4 no ponto 3 Kg/h Vazão de CH 4 no ponto 3 Nm 3 /h Massa específica de CH 4 ponto 1 kg/m 3 0,244 0,252 0,252 0,250 0,252 0,254 Vazão de metano no ponto 1 Kg/h Vazão de metano no ponto 1 Nm 3 /h Constante do biogás úmido 1 J/kg.K 303,8 304,0 304,0 303,8 303,9 303,9 Constante do biogás úmido 3 J/kg.K 298,2 298,4 298,5 298,3 298,4 298,4 Vazão de biogás no ponto 1 Nm 3 /h Vazão de biogás no ponto 2 Nm 3 /h Vazão de biogás no ponto 3 Nm 3 /h Calibração em campo de medidores de vazão de biogás Certificação de sistemas de medição de biogás Crédito de carbono Determinação de PCI do biogás Determinação de eficiência energética conjunto motor-gerador

30 Ecometano Cabo Frio RJ

31 PERGUNTAS? Nilson Massami Taira, Eng., Ms, Prof. Faculdades Metropolitanas Unidas IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas