Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais- PIPE. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná

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  Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais- PIPE. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná
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    WELLINGTON BALMANT CONCEPÇÃO, CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO DE UM BIODIGESTOR E MODELAGEM MATEMÁTICA DA BIODIGESTÃO ANAERÓBICA CURITIBA 2009      WELLINGTON BALMANT CONCEPÇÃO, CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO DE UM BIODIGESTOR E MODELAGEM MATEMÁTICA DA BIODIGESTÃO ANAERÓBICA Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção de grau de Mestre. Área de concentração: Processos Térmicos e Químicos, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. David Alexander Mitchell Ph.D Co-Orientador: Prof. José Viriato C. Vargas, Ph.D CURITIBA 2009      Dedico este trabalho aos meus pais Tereza S. A. Balmant e Luiz C. Balmant por todas as horas desta caminhada Expresso estima e agradecimentos a todos aqueles que contribuíram com o sucesso deste estudo. Ao Professor David Alexander Mitchell, orientador deste estudo, por sua dedicação extraordinária, ensinamento, compreensão, amizade e pelo inestimável incentivo recebido. Ao Professor José Viriato Coelho Vargas, pelas contribuições e co-orientação. A Beatriz Haddad pela grande contribuição que teve no desenvolvimento do trabalho, pela amizade e dedicação. Agradecimento especial à minha mãe Tereza S. A. Balmant e meu pai Luiz Carlos Balmant, pela paciência em todas as horas desta caminhada. E agradeço, sobretudo, a Deus por ter me dado a oportunidade de realizar esse trabalho.      Há pessoas que desejam saber só por saber, e isso é curiosidade; outras, para alcançarem fama, e isso é vaidade; outras, para enriquecerem com a sua ciência, e isso é um negócio torpe: outras, para serem edificadas, e isso é prudência; outras, para edificarem os outros, e isso é caridade. São Tomás de Aquino    RESUMO A biodigestão anaeróbica é um processo onde resíduos orgânicos, como dejetos de animais, são transformados em biofertilizante e em biogás. O biofertilizante é um excelente adubo natural, rico em nitrogênio. O biogás, um gás composto de metano e gás carbônico, pode ser usado para aquecimento e geração de eletricidade. No entanto, a biodigestão não é muito utilizada no Brasil. Isso deve ao fato de que há falta de mão de obra especializada para orientar o produtor rural, falta de apoio financeiro e falta de tecnologias mais acessíveis. Tendo em vista esses problemas, o objetivo deste trabalho era o de projetar, construir e operar um biodigestor modular de fácil instalação, que possa ser instalado nos lugares mais remotos do país. Esse biodigestor foi construído em manilhas de concreto empilhadas e enterradas. Esta estratégia possibilita que o reator seja construído rapidamente devido às manilhas serem pré-fabricadas, diminuindo a mão obra para a construção do sistema. No entanto, o sistema apresentou muitos problemas operacionais, devido a algumas falhas na construção e implementação do processo. Sendo assim, não foi possível quantificar precisamente o desempenho do biodigestor, mas foi possível identificar as falhas e corrigi-las. Assim se torna necessário a continuação do projeto para quantificar o desempenho do sistema. Além disso, um modelo matemático foi proposto para que seja possível uma posterior otimização da biodigestão anaeróbica. Esse modelo consiste de 16 equações diferenciais ordinárias que descreve o comportamento dinâmico de biodigestores CSTR. O modelo foi codificado em FORTRAN e solucionado através do método de Euler devido a problemas de convergência encontrados em outros métodos. O modelo foi capaz de descrever as tendências de um conjunto de resultados disponíveis na literatura, podendo ser usado como ferramenta para a otimização de biodigestores CSTR ou ser utilizado como modelo cinético de modelos matemáticos para biodigestores mais complexos como o UASB e o filtro anaeróbico. Palavras chave: biodigestão, biogás, biodigestor, modelagem matemática.
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