COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº 174124 Medição de biogás proveniente de aterros sanitários Nilson Massami Taira São Paulo: FMU, Complexo Educacional, 2016. (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 01064-970 São Paulo SP Brasil CEP 05508-901 Tel 11 3767 4374/4000 Fax 11 3767-4099 www.ipt.br
SP, 03 de maio de 2016 MEDIÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE ATERROS SANITÁRIOS
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.
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.
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 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + 208.400 calorias
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
Biogás a partir de resíduos de animais
Fluxograma Básico do Biogás Produção e Utilização
Digestor 2
Digestor Doméstico Digestor Doméstico (Índia) A partir de restos de alimento produz gás suficiente para o consumo da família.
Usina Termoelétrica Bandeirantes (UTEB) Perus SP Capacidade A usina tem capacidade de 20MW, proporcionando a geração de mais de 170.000MWh de energia por ano, o suficiente para abastecer uma cidade de 400 mil habitantes.
Aterro de Içaras SC - 2005 Dreno de biogás
Aterro de Içaras SC - 2005 Estimativa Teórica de Produção de Biogás Resultados da modelagem (m3/ano) NMOC- Non-Methane Organic Compound
Aterro de Içaras SC - 2005 Estimativa Teórica de Produção de Biogás Resultados da modelagem (ton/ano)
Leilões de Venda de Créditos de Carbono pela Prefeitura do Município de São Paulo (Aterros Bandeirantes e São João)
Battre Termoverde Salvador BA
Calibração, caracterização e balanço de massa em sistema de medição de vazão de biogás proveniente de aterro sanitário
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
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 3009 3019 19500 - Massa específica kg/m3 1,023 1,044 1,330 - Vazão mássica total kg/h 11859 11859 11453 - Vazão mássica gas seco kg/h 11355 11355 11373 - Vazão mássica vapor d'água kg/h 504 504 81 - Vazão volumétrica total m3/h 11590 11354 8610 - Vazão volumétrica CNTP de CH4 Nm3/h 4026 4026 4033 - Área seção transv. duto m2 0,2333 0,2790 0,2771 - Velocidade média m/s 13,8 11,3 8,6 - Vazão de água condensada calc. kg/h - - - 424 Vazão de água cond. medida kg/h - - - 430 Coeficiente descarga Annubar - 0,68 0,67 0,66 Vazão média ind. no Supervisório 11546 11936 8859 (*) Vazão de CH4 ind. no Supervisório m3/h 4403 4556 Vazão de metano kg/h 2874 2874 2879 Vazão de dióxido de carbono kg/h 5763 5763 5772 Vazão de oxigênio kg/h 480 480 481 (*) Indicada no painel da Termoverde
Vazão total medida por pitometria: Aterro 11.590 m³/h Vazão de CH 4 medida nas CNTP: Aterro 4.026 m³/h Vazão medida por pitometria: Termoelétrica 8.610 m 3 /h 11355 11373 kg/h kg/h 504 81 kg/h kg/h Vazão total indicada no Supervisório: Termoelétrica 11.546 m 3 /h Vazão de CH 4 indicada no Supervisório: Termoelétrica 4.403 m 3 /h Vazão total indicada no painel: Termoelétrica 8.859 m 3 /h 424 kg/h
Aterro Termoelétrica
Dia 11.07.2012 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 2 810 2 864 2 859 2 844 2 866 2 872 Vazão de CH 4 no ponto 3 Nm 3 /h 3 934 4 009 4 002 3 982 4 012 4 021 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 2 825 2 880 2 874 2 860 2 882 2 888 Vazão de metano no ponto 1 Nm 3 /h 3 957 4 033 4 026 4 006 4 036 4 045 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 9 656 9 706 9 717 9 728 9 747 9 748 Vazão de biogás no ponto 2 Nm 3 /h 9 656 9 706 9 717 9 728 9 747 9 748 Vazão de biogás no ponto 3 Nm 3 /h 9 137 9 188 9 198 9 209 9 228 9 230 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
Ecometano Cabo Frio RJ
PERGUNTAS? Nilson Massami Taira, Eng., Ms, Prof. Nilson.taira@fmu.br Faculdades Metropolitanas Unidas IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas