OBTENÇÃO E PURIFICAÇÃO DO BIOGÁS PRODUZIDO A PARTIR DO ESTER-CO BOVINO, UTILIZANDO O SENSOR MQ-4 COMO MÉTODO DE DETECÇÃO DA PRESENÇA DE METANO

OBTENÇÃO E PURIFICAÇÃO DO BIOGÁS PRODUZIDO A PARTIR DO ESTER-CO BOVINO, UTILIZANDO O SENSOR MQ-4 COMO MÉTODO DE DETECÇÃO DA PRESENÇA DE METANO

1 Lucas D. Silva, 2 Nathália D. Silva, 3 Aruana R. Barros e 4 Rogério A. A. Melo

1 Ex-bolsista de iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFVJM, discente do curso de Engenharia Química

2 Ex-bolsista de iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFVJM, discente do curso de Engenharia Química

3Professora do Curso de Engenharia Civil e Engenharia Hídrica do ICET/UFVJM

4Professor do Curso de Engenharia Química do ICT/UFVJM

1,2,4 Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. Rodovia MGT 367-km 583, 5000, Campus JK Alto da Jacuba Diamantina- MG, CEP 39100-000 3Instituto de Ciência, Engenharia e Tecnologia da Universidade dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. Rua do Cruzeiro, nº 01 - Jardim São Paulo, Campus do Mucuri, Teófilo Otoni- MG, CEP 39803-371

e-mail: [e-mail]

RESUMO - O projeto teve como finalidade a purificação do biogás, oriundo de dejetos bovinos, através de, um filtro com palha de aço e solução de hidróxido de sódio acoplado a duas câmaras de ar. A verificação das concentrações de metano foi realizada utilizando-se o sensor MQ-4 integrado a placa do Arduino. O metano atingiu maior concentração quando o biogás passou pela mangueira com palha de aço, cerca de 1257,00 ppm de metano foram obtidas em uma amostra de 25 ml, além de completa remoção do mau odor.

Palavras-Chave: biogás, esterco bovino, sensor Mq-4.

INTRODUÇÃO

O esterco bovino é uma grande fonte de matéria-prima para a produção de energias renová-veis. Esses excrementos contêm grande diversidade de nutrientes e água, ambiente considerado óti-mo para o crescimento de vetores de doenças (AMARAL et al., 2004). Outro problema é o descarte final desses dejetos, que ocorre de forma incorreta, poluindo as águas e solos, além da emissão dos gases do efeito estufa (MACHADO, 2011). O biogás é constituído em maior parte por metano (50 a 80%), dióxido de carbono e uma pequena parte de gás sulfídrico, nitrogênio entre outros. Portanto, uma das soluções para esses problemas é a utilização desse esterco bovino na produção de biocom-bustíveis.

Conforme o tipo de aplicação/uso, é conveniente que o biogás seja purificado, retirando os ga-ses que não forem desejáveis no sistema. A geração de metano, por meio da digestão anaeróbia, re-quer a separação do dióxido de carbono e do gás sulfídrico para que o poder calorífico do combustível não seja reduzido, não haja exalação de mau cheiro e não ocorra corrosão das estruturas de armaze-namento e transporte do biocombustível. O metano puro, em condições normais (pressão a 1,0 atm e temperatura de 0ºC), possui um poder calorífico de 9,9 kWh/m3, ao passo que o biogás (mistura ga-sosa) tem um poder calorífico inferior de 4,95 a 7,9 kWh/m3 (SOUSA et al., 2006). O gás carbônico pode ser retirado pela passagem do biogás em solução de NaOH, cálcio ou potássio, conforme des-crito por Oliveira (2009), na equação (1), e o sulfeto de hidrogênio de acordo a equação (2):

2NaOH(aq) + 2CO2(g) → 2NaHCO3(aq)

(1)

Fe2O3(s) + 3H2S(g) → Fe2S3(s) + 3H2O(l)

(2)

II Semana de Engenharia Química – II SEMEQ – 26 a 30 de setembro de 2017 – Diamantina-MG

METODOLOGIA

A amostra utilizada na pesquisa foi o esterco bovino coletado em um sítio no município de Car-los Chagas-MG, o qual foi inserido nos biodigestores utilizando uma proporção de 500 ml de água e 500 ml de esterco (BARREIRA, 2011 apud TIETZ et al., 2015). A amostra foi mantida em um ambien-te com temperatura entre 26 °C a 32 °C, monitorada com o auxílio de termômetros de dois em dois dias e pH aproximadamente 7,0 (certificado com o auxílio de papel indicador de pH Merck). Os biodi-gestores utilizados foram garrafas PET de 2 litros descartáveis. O sistema de purificação montado para extrair o metano do biodigestor foi dividido em quatro partes. A primeira parte foi utilizada para a armazenagem do biogás logo após ter sido retirado do biodigestor, composta por uma câmara de ar de pneu sem a válvula de proteção, e um tampão feito com um pedaço de 5 cm de tubo de látex (3 mm de diâmetro interno) com uma das extremidades completamente preenchidas com massa epóxi.

A segunda parte teve como finalidade reter o gás sulfídrico presente no biogás e responsável pelo mau odor. Essa parte do sistema foi montada usando-se 1 metro de mangueira cristal transpa-rente (2 cm de diâmetro interno), a qual foi preenchida por toda a sua extensão com palha de aço, descrito por Oliveira (2009), como material eficaz para a retenção de gás sulfídrico. Após o preenchi-mento, na entrada da mangueira foi acoplado um pedaço de 10 cm de mangueira de silicone (3 mm de diâmetro interno) com massa epóxi e fita isolante, e na saída também foi acoplado à mangueira de silicone, porém com um pedaço de 20 cm, em que ao redor desse pedaço foi desenvolvida uma rolha preenchida com massa epóxi.

A terceira parte foi responsável por reter o CO2 presente no biogás, utilizando-se um kitassato de 250 ml com NaOH em solução (pH 12, equipamento: pHmetro de bancada) e fenolftaleína. A quar-ta parte consistiu-se em uma mangueira de gás de cozinha encaixada no kitassato. Na saída da mangueira foi acoplada uma outra mangueira de silicone de 10 cm conectada à segunda câmara de ar, responsável por armazenar o gás purificado.

Para isolar o metano da mistura gasosa a partir do sistema de purificação supracitado, conec-tou-se a câmara de ar ao sistema na entrada da mangueira com palha de aço, pressionando a câma-ra de ar devagar, fazendo com que o biogás percorresse toda a mangueira, que funciona como um filtro, e ao atingir a solução no kitassato pudesse borbulhar. As concentrações de metano presentes nas amostras foram medidas utilizando-se o sensor (MQ-4) que é sensível a esse gás. Esse sensor foi conectado ao protoboard e vinculado à placa do Arduino Uno por meio de fios jumpers. Os dados foram coletados pelo sensor, de acordo com os comandos descritos no algoritmo construído no am-biente de desenvolvimento integrado do Arduino versão 1.0.5-R2, sendo que os sinais elétricos eram enviados ao computador conforme a variação da resistência do material semicondutor (SnO2) do sen-sor.