Otimização de processo e segurança em sistemas de biogás

Para aumentar a eficiência da instalação e também reduzir ao mínimo possível a emissão de gases, como o metano e o dióxido de carbono, é indispensável inspecionar regularmente a instalação inteira quanto a fugas, vazamentos e problemas estruturais.

Hermann Sewerin

Data: 10/08/2016

Edição: Hydro Agosto 2016 - Ano XI - N^o 118

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Ampliar o portfólio de fontes potenciais de energia por meio de energias renováveis e reduzir a emissão de gases de efeito estufa são metas de quase todos os países.

Nesse contexto, a utilização do biogás desempenha um papel de crescente importância. Trata-se de uma fonte de energia flexível, cuja produção se mostra bastante estável. É possível, por exemplo, utilizar as mais diversas matérias-primas no processo de fermentação. Nesse caso, a abrangência passa pelos mais diversos tipos de rejeitos, como os resíduos orgânicos, que podem ser adquiridos tanto do setor doméstico (lixo verde) como também de instalações comerciais (restaurantes, supermercados, etc.).

A mistura de gás combustível também é produzida em estações de tratamento, equipamentos de compostagem e aterros sanitários. Em todos os casos, o biogás existente pode ser utilizado para transformar a energia acumulada em corrente elétrica ou, após tratamento e compressão bem-sucedida, alimentar a rede de gás natural. Outra possibilidade é o aproveitamento do calor produzido durante o processo em edifícios residenciais. Resíduos do processo ainda podem ser utilizados como adubo na cadeia produtiva agrícola.

Uma vantagem significativa do biogás é o fato de ser praticamente independente de influências climáticas e externas. Ele é produzido através de um processo bioquímico de fermentação de várias etapas. Na primeira, denominada hidrólise (liquefação) do substrato, polímeros de cadeia longa são desintegrados em compostos químicos mais simples através de um processo químico de decomposição. Os produtos dali resultantes são transformados (acidogênese/acidificação), com auxílio de bactérias acidificantes, em ácidos orgânicos (por exemplo, ácido acético, ácido butírico), entre outros. A decomposição seguinte desses produtos reativos (acetogênese) em ácido acético, dióxido de carbono e hidrogênio, juntamente com a metanogênese final, completam o processo bioquímico de fermentação, que ocorre no interior de um fermentador.

Análise da composição do biogás

Para operar uma instalação de biogás de forma ecológica, econômica e segura, é necessário conhecer a composição exata do biogás produzido. Dessa forma, é possível minimizar a emissão de metano de impacto climático e garantir a excelência da operação em relação à quantidade e composição do substrato, à eficiência e ao aumento da vida útil de diversos componentes do sistema.

A análise do biogás produzido pode ser realizada com um medidor de gases portátil multigás ou com um dispositivo estacionário de medição. Para isso, é importante que o sistema de medição utilizado esteja em conformidade com as exigências da mistura de gás a ser caracterizada. Ou seja, o equipamento precisa detectar diferentes gases com propriedades extremamente diversas (tóxico, combustível, corrosivo), cobrindo uma grande faixa de concentração.

O medidor portátil tem a vantagem de apontar a composição do biogás em diversos pontos do sistema. Algumas versões de equipamento inclusive permitem o armazenamento dos dados coletados para análises posteriores. Isso é necessário, por exemplo, para observar o comportamento a longo prazo de alguns componentes do biogás; e realizar outros cálculos com base nas concentrações medidas, com objetivo de aferir a quantidade necessária de substrato conforme a quantidade de biogás produzido.

Para determinar automaticamente a composição do biogás em intervalos definidos e em pontos de medição fixos, é recomendável utilizar um dispositivo de medição estacionário. Em geral, esses aparelhos, além de fazer análise da composição do gás e do armazenamento automático dos dados, permitem a visualização dos dados e dos diversos cálculos com base na atual composição do gás. Quanto ao posicionamento, alguns fabricantes definem um ponto de medição de tal forma que, nesse local, a concentração de um determinado componente da mistura de gás possa ser caracterizada – como o metano, por exemplo. Ou seja, nesse caso, são necessários no mínimo quatro locais de medição para especificar a composição de gás num ponto. Já em outros aparelhos, a concentração de diversos componentes do biogás é medida em cada um dos pontos de medição existente.

Uma combinação de aparelhos consistindo de uma unidade estacionária com medidor móvel multigás oferece, portanto, a possibilidade de medir e visualizar o desenvolvimento e/ou alterações na composição do biogás produzido com base na concentração dos componentes individuais, controlando objetivamente o processo produtivo com base nesses valores de medição. O sistema de análise permite realizar tanto a otimização quanto o monitoramento das etapas individuais do processo ou de setores da instalação de biogás, mesmo durante a operação da instalação.

A medição em poços é uma tarefa fundamental antes do início de serviços no local

Determinação da quantidade produzida de biogás

Além da composição, a quantidade produzida de biogás também desempenha um papel cada vez mais importante para a operação econômica do sistema de biogás. Transmissores modernos de fluxo e temperatura determinam a produção e o volume total de biogás produzido, com base nas concentrações apontadas pela análise de gás.

Segurança

Um fator muitas vezes subestimado nas instalações de biogás e que pode ter sérias consequências é o descuido com a segurança das equipes responsáveis pela operação do sistema. Para a proteção de pessoas e outras atividades relevantes, o mercado dispõe de aparelhos que detectam simultaneamente determinado gás e as concentrações in situ de diversos componentes da mistura – nesse caso, basta uma pequena concentração de gases em ppm.

Mesmo os prestadores de serviço que atuam nessa área devem utilizar medidores adequados, para garantir condições de trabalho ideais e seguras durante o serviço em instalações de biogás, gases de esgoto, compostagem e em aterros sanitários.

Inspeção periódica das instalações de biogás

Para aumentar a eficiência da instalação e também reduzir ao mínimo possível a emissão de gases, como o metano e o dióxido de carbono, é indispensável inspecionar regularmente a instalação inteira quanto a fugas/ vazamentos e problemas estruturais.

Na maioria dos países existem regulamentos que trazem recomendações ou até normas específicas para medidores de gás, para que possam ser utilizados na detecção de vazamentos ao longo de toda a cadeia da produção e em todos os setores da instalação (tubulações, flanges, junções e vedações).