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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento e avaliação de um gaseificador de biomassa e estudo do potencial de produção de biogás com resíduos agrícolas e da avicultura
Título(s) alternativo(s): Development and evaluation of a biomass gasifier and investigation of biogas production potential with agricultural and poultry wastes
Autor(es): Zanatta, Fábio Luiz
Primeiro Orientador: Silva, Jadir Nogueira da
Primeiro coorientador: Tinôco, Ilda de Fátima Ferreira
Segundo coorientador: Souza, Cecília de Fátima
Primeiro avaliador: Lopes, Roberto Precci
Segundo avaliador: Monteiro, Paulo Marcos de Barros
Terceiro avaliador: Martin, Samuel
Abstract: Com o objetivo de desenvolver soluções alternativas para aquecimento de ar, que pode ser usado para o condicionamento térmico de aviários, secagem de produtos agrícolas e desidratação de frutas, foram estudadas a gaseificação de biomassa e a biodigestão anaeróbia de cama de aviário, esterco de galinhas, palha de trigo e silagem de centeio. O trabalho encontra-se dividido em dois capítulos, sendo que no primeiro foi desenvolvido e avaliado um gaseificador de biomassa de fluxo contracorrente, com automação, alimentado com lenha de eucalipto de diferentes dimensões (tocos com 15, 50 e 100 cm de comprimento, além de chips). O gaseificador foi dimensionado e então construído e avaliado na Área de Armazenamento do DEA/UFV. Foram estudados: perfil de temperatura no interior do gaseificador, a composição do gás de síntese, a concentração de CO no ar quente de saída do ventilador, o fator de ar e a eficiência global do sistema. De acordo com os resultados obtidos, o melhor PCI médio do gás de síntese (5,66 MJ/m³) foi observado na avaliação dos tocos de lenha de eucalipto com 15 cm de comprimento. Os chips de lenha de eucalipto apresentaram a menor concentração média de CO no ar quente na saída do ventilador (197,7 ppm) e a melhor eficiência global do sistema (95,4%). O gaseificador foi capaz de gerar gás de síntese utilizando lenha com as diferentes dimensões estudadas. O sistema automático funcionou perfeitamente, e o uso do ar quente gerado em aplicações diretas deve ser feito respeitando-se os limites máximos de concentração de CO para a atividade avícola. No segundo capítulo foi pesquisado o potencial de produção de biogás utilizando cama de aviário e combinações entre a cama de aviário, palha de trigo, esterco de galinhas e silagem de centeio, com vistas a substituir as fontes convencionais de energia no aquecimento do ambiente interno de aviários. A pesquisa com biogás foi realizada no laboratório Biogastechnikum do ATB em Potsdam na Alemanha, de Maio a Novembro de 2010, de acordo com a norma Alemã VDI 4630. Foram montados três experimentos em batelada. De acordo com os resultados encontrados, a maior produção média de biogás e metano foi com palha de trigo, com produção de 518,44 lNbiogás/kgST e 272,73 lNmetano/kgST, respectivamente. Das combinações testadas, a mistura de 74% de ST da cama de aviário e 26% de ST da palha de trigo proporcionou bons resultados de produção de biogás (419,77lNbiogás/kgST e 244,83 lNmetano/kgST). Pela análise do consumo e custo dos combustíveis GLP e lenha, usados no aquecimento de aviários, observou-se que a substituição destes pelo uso de biogás é viável. De acordo com os resultados, foi possível concluir que a produção de biogás a partir da cama de aviário, esterco de galinhas, palha de trigo e suas combinações é viável. Observou-se também que, quanto maior a proporção de palha de trigo na mistura, maior a produção de biogás. Além disso, concluiu-se que apenas 25% da cama produzida em um aviário de 18000 aves seria suficiente para gerar a energia necessária no período de aquecimento dos pintainhos, restando até 75% da cama de frangos para outras finalidades.
In order to develop alternatives for heating air, which can be used for the thermal conditioning of poultry houses, drying of agricultural products and dehydration of fruits, the biomass gasification and anaerobic digestion of poultry litter, chicken manure, wheat straw and rye silage were studied. The work is divided into two chapters, the first being the development and evaluation of an automated updraft biomass gasifier, supplied with eucalyptus firewood of different sizes (logs measuring 15, 50 and 100 cm in length, and eucalyptus firewood chips). The gasifier was designed and then built and evaluated in Agricultural Storage Area of the DEA/UFV. Factor studies was temperature profile inside the gasifier, synthesis gas composition, CO concentration in the hot air from the fan outlet, air factor and overall system efficiency. According to the results, the best average of HHV (higher heating value) measured in the synthesis gas (5.66 MJ / m³) was observed when using eucalyptus logs measuring 15 cm in lenght. The eucalyptus firewood chips had the lowest average concentration of CO in the warm air fan outlet (197.7 ppm) and the best overall system efficiency (95.4%). The gasifier was capable of generating synthesis gas using firewood with different studied dimensions. The automatic system worked perfectly, and the use of hot air generated in direct applications must respect the maximum CO concentration for poultry activities. The second chapter investigated the potential biogas production using poultry litter and combinations of poultry litter, wheat straw, chicken manure and rye silage, with the objective of replacing conventional sources of energy in poultry heating systems.The study was conducted in the biogas laboratory "Biogastechnikum" of the ATB in Potsdam-Germany, from May to November of 2010, according to German Standard VDI 4630. Three experiments were set up in batches. According to results, the highest average production of biogas and methane was with wheat straw, obtaining a production of 518.44 lNbiogas/kgTS and 272.73 lNmethane/kgTS, respectively. Regarding the combinations tested, the mixture of 74% TS of poultry litter and 26% of TS of wheat straw provided good results of biogas production (419.77 lNbiogas/kgTS and 244.83 lNmethane/kgST). From the analysis of consumption and costs of LPG and firewood fuels, used for the heating of poultry houses, it was observed that these may be replaced by biogas. According to results, it was concluded that biogas production from poultry litter, chicken manure, wheat straw and their combination is feasible. It was also observed that the higher proportion of wheat straw in the mix resulted greater biogas production. Moreover, it was concluded that only 25% of the poultry litter produced in an aviary with 18,000 birds would be sufficient to generate the energy needed for poultry house heating, where 75% of poultry litter would remain for other purposes.
Palavras-chave: Gaseificação de biomassa
Biodigestão anaeróbia
Cama de aviário
Gasification of biomass
Anaerobic digestion
Poultry litter
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ
Programa: Doutorado em Engenharia Agrícola
Citação: ZANATTA, Fábio Luiz. Development and evaluation of a biomass gasifier and investigation of biogas production potential with agricultural and poultry wastes. 2011. 98 f. Tese (Doutorado em Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2011.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/698
Data do documento: 6-Mai-2011
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