Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Tecnológica
TÍTULO: Estudo da eficiência de um purificador para motor a biogás
AUTORES: Rubio Senes, C.E. (UNIOESTE) ; Lindino, C.A. (UNIOESTE) ; Bariccatti, R.A. (UNIOESTE) ; Mendoza Morejon, C.F. (UNIOESTE) ; Souza, J. (EMPRESA BIOGÁS)
RESUMO: O desenvolvimento de um novo purificador para biogás foi avaliado em relação à
melhoria do desempenho de um motor estacionário. Os teores de metano, dióxido de
carbono, amônia e gás sulfídrico foram determinados antes e depois da passagem do
biogás pelo purificador. Peças do pistão do motor foram avaliadas em relação à
corrosão com e sem a presença do purificador. Os resultados mostraram que o
purificador apresenta eficiência de redução de 95 % no teor de gás sulfídrico,
considerado o mais danoso ao motor, com melhoria na estabilidade de rotação do
motor e menor corrosão das peças metálicas.
PALAVRAS CHAVES: biogás; motor; purificador
INTRODUÇÃO: O biogás é obtido por meio da digestão da biomassa sob determinadas condições em
biodigestores. A composição do biogás varia de acordo com a natureza da matéria
prima e ao longo do processo, dependendo da forma de manejo. Em média, a
percentagem encontrada é em torno de 55 a 65% de metano, 35 a 45% de dióxido de
carbono, 0 a 3% de nitrogênio, 0 a 1% de oxigênio e 0,3 a 2% de gás sulfídrico.
Entre as aplicações do biogás tem-se a produção de energia elétrica e também a
utilização como combustível para motores. Para gerar energia mecânica, o biogás
é usado em motores de combustão interna substituindo os combustíveis
convencionais.A presença de substâncias como água, dióxido de carbono e ácido
sulfídrico no biogás prejudica o processo de queima deixando o motor menos
eficiente, pois estes absorvem parte da energia gerada. O gás sulfídrico pode
ocasionar corrosão nas peças que compõe o motor, provocando uma diminuição do
seu rendimento e também o seu tempo de vida útil, sendo recomendável a
purificação do biogás.
Diversas opções de purificadores foram estudadas e aplicadas para o biogás.
Algumas desvantagens como alto custo, exigência de manutenção, periculosidade e
baixa eficiência propiciaram o desenvolvimento de novos elementos filtrantes.
Neste sentido, geraram-se sistemas de purificação por parte de nosso grupo, com
patente depositada no INPI. Este trabalho descreve alguns resultados obtidos com
esta inovação.
MATERIAL E MÉTODOS: Realizaram-se testes da eficiência das soluções inseridas nos filtros, medindo-
se os teores de gás metano, dióxido de carbono, gás sulfídrico e amônia antes e
depois da passagem do biogás pelo purificador, utilizando-se kits de análise da
AlfaKit®.
Analisaram-se também os resíduos formados nos purificadores após seu uso e as
peças metálicas do sistema de pistão dos motores a biogás.
Foram realizados testes em dois modelos de peças de motor que trabalha com
biogás. Os testes foram realizados em duplicata. As peças com código F050BB
10337(BG069) e código 74562 694 SEMI TM55 foram comparadas quanto à capacidade
de resistência à corrosão, por meio de ataque com ácido sulfúrico 0,1 mol
L-1e analisadas quanto ao teor de metais por espectroscopia de
absorção atômica, modalidade chama, modelo GBC 932, com digestão
nitroperclórica.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados mostram redução de 95 % no teor de gás sulfídrico,redução de 80 %
no teor de gás amônia e de 4 % no teor de dióxido de carbono, com aumento de 4 %
no teor de metano na mistura do biogás,após a passagem pelo purificador.Isto
ocasionou uma diminuição significativa na manutenção do motor e na troca de
óleo,com melhoria na estabilidade de rotação do mesmo.A solução do purificador
foi trocada no momento em que a eficiência de purificação diminuísse com redução
a 60 % no teor de gás sulfídrico, o que corresponde a 22 dias de operação do
motor (12 horas diárias de trabalho). Cada litro de solução utilizada no filtro
purificador purifica um volume de biogás de 20,19 m3 com teor médio
de H2S (gás sulfídrico) de 150,4 ppm V-1(150,4 mL de gás
sulfídrico por m3 de biogás;ou 228,69 mg/m3;ou 0,01504
%).Após este tempo, a solução purificadora tem pH 8,5-9,0,com formação de
resíduos de enxofre elementar e carbonatos que podem ser facilmente retirados.O
pH da solução é ajustado para valores entre 6,5 e 8,0 com ácido cítrico antes do
descarte.A composição das peças utilizadas no motor também influencia na
resistência aos gases corrosivos que compõe o biogás.A perda de material devido
à corrosão da peça foi calculada por meio da equação1.A perda média de massa da
peça F050BB 10337(BG069) foi de 42.910,30 g m-2.A peça 74562 694
SEMI TM55 apresentou perda média de massa de 281,72 g m-2,sendo
adotada pela empresa devido ao menor desgaste da peça.De acordo com a empresa,
esta peça apresenta menor teor de Cu em sua composição.O elevado teor de Cu em
peças de motores pode ocasionar um depósito de sulfeto de cobre e danos à peça
do motor se não houver um sistema de purificação de biogás.
Equação 1 :Utilizada para calcular a perda de massa.
Tabela 1: Teores dos metais encontrados na amostra da peça nova.
Os elementos potássio (K), cromo (Cr) e alumínio
(Al) estão abaixo do limite de quantificação do
método (<0,01 mg kg-1).
CONCLUSÕES: É imprescindível que os teores de gás sulfídrico no biogás sejam minimizados por
processos de filtração para evitar o desgaste das peças e a contaminação do motor.
O filtro desenvolvido mostrou-se eficiente para purificação do biogás. Novos
estudos estão sendo realizados em campo com diferentes biodigestores.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq-MEC pela bolsa PET concedida a Carlos Eduardo Rubio Senes. À Empresa
Biogás Motores Estacionários pelo apoio.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: COELHO, S.T. A conversão da fonte renovável biogás em energia. In: Anais do Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, Políticas públicas para a Energia: Desafios para o próximo quadriênio. Brasília – DF, 2006b. p. 145-149
COELHO, S.T. Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás Proveniente do Tratamento de Esgoto Utilizando um Grupo Gerador de 18 kW. In: Anais do Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, Políticas públicas para a Energia: Desafios para o próximo quadriênio. Brasília – DF, 2006 A. p.140-144.
AOAC – Association of Official Analytical Chemist. Official Methods of Analysis. 18th edition, Maryland, 2005.