Project of a cogeneration system using biogas
DOI:
https://doi.org/10.5433/1679-0375.2022v43n1p31Keywords:
Decentralized energy, Biogas, Methane, CogenerationAbstract
Brazil has been among the countries with the cleanest energy matrix in the world. The country showed high growth rates on the economy during the first years of the 21st, which brought to a rapid demand on energy supply. The situation got worser with long dry seasons, resulting on the commissioning of several thermoelectric plants. In the sugar-alcohol sector, the cogeneration became essential. In this context, the use of biomass for the generation and burning of biogas shows great potential in the production of electricity and heat. The discussed study involves the design of a biogas cogeneration system for the Federal University of São Carlos. The considered biomass originates from the campus itself and is composed of organic waste. The system consists of a modified diesel engine, accoupled to an electric generator and three heat exchangers. The monthly production of electricity is 7,7 MWh with a power of 30 kW. The monthly production of thermal energy is 9,8 MWh with a power of 37,6 kW. The costs are quoted adding up to R$ 162,877.00 for the complete system. The annual savings with the system is estimated at R$ 91,126.40, reaching an amortization time of one year and ten months.Downloads
References
ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELETRICA. Balanço de Informação de Geração (BIG). Brasília: Aneel, 2014.
ANP - AGÊNCIA NACIONAL DO PETROLEO GAS NATURAL E BIOCOMBUSTIVEIS. Resolução ANP No 50, 2016. Estabelece os requisitos necessários a concessão de autorizações de construção e de operação de instalação de combustíveis líquidos automotivos [...]. Rio de Janeiro: ANP, 2016.
ARCHEA SERVICE. Gasertrage und Nahrstoffgehalte. Hessisch Oldendorf: Archea, [2016]. Available from: https://www.archea-biogas.de/_mediafiles/9-substrate.pdf. Access: May 29, 2016.
ASUE, ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR SPARSAMEN UND UMWELTFREUNDLICHEN ENERGIEVERBRAUCH E. V. BHKW - Fibel Wissen in kompakter Form. Berlin: [s. n.], 2012.
BECK, A. M. BECK, A. M. O biogás de suinos como alternativa a energética sustentável. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 27, 2007, Foz do Iguaçu. Anais […]. Foz do Iguaçu: Enegep, 2007. p. 1-10...
BHASKOR, J. B.; UJJWAL K. S. Comparative assessment of a biogas run dual fuel diesel engine with rice bran oil methyl ester, pongamia oil methyl ester and palm oil methyl ester as pilot fuels. Renewable Energy, Oxford, v. 81, p. 490-498, 2015.
CARON, C. F.; MESSIAS, J. N.; FILHO, J. S. C.; RUSSI, J. C. V.; WEBER, M. I. Geração de energia no Campus a partir da biodigestão anaeróbica. Ciência e Cultura, Curitiba, vol. 4, n. 42, p. 63-73, 2009.
CASTANÓN, N. J. B. Biogás, originado a partir dos rejeitos rurais. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2002. Trabalho apresentado na disciplina: Biomassa como Fonte de Energia - Conversão e utilização.
COLDEBELLA, A. Viabilidade do uso do biogás da bovinocultura e suinocultura para geração de energia elétrica e irrigação em propriedades rurais. 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, 2006.
CONCEIÇÃO, G. W. A viabilidade técnica, econômica e ambiental da inserção do gás natural veicular em frotas do transporte coletivo urbano de passageiros. 2006. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2006.
EPE - EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço energético nacional (BEN). Brasília: EPE,\hspace3cm 2021.
FNR - FACHAGENTUR NACHWACHSENDE ROHSTOFFE E. V. Basisdaten bioenergie Deutschland: festbrenstoffe, biokrafstoffe, biogas. Deutschland: Bundesministerium für Ernährun, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, 2013.
FIOMARI, M. C. Análise energética e exergética de uma usina sucroalcooleira do oeste paulista com sistema de cogeração de energia em expansão. 2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, 2004.
FLORES, M. A. Viabilidade econômica do biogás produzido por biodigestor para produção de energia elétrica - estudo de caso em confinador suíno. 2014. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2014.
FONSECA, F. S. T.; ARAÚJO, A. R. A.; HENDGES, T. L. Análise de viabilidade econômica de biodigestores na atividade suinícola na cidade de Balsas - MA: um estudo de caso. In: CONGRESSO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ECONOMIA, ADMINISTRAÇÃO E SOCIOLOGIA RURAL (SOBER), 47., 2009, Porto Alegre. Anais [...]. Porto Alegre: [s. n.], 2009. p. 1-19.
GENSETEC GERADORES, Motor diesel Yanmar 4TNV98 NSA 2500RPM 70.8 HP. Barra Funda, [2016]. Available from: http://www.gensetec.com.br/motor-a-diesel/motor-diesel-yanmar-4tnv98-nsa-2500rpm-70-8hp. Access: May 29, 2016.
HOCHSCHULE macht Schule. Freising: Fachverband Biogas, [2016]. Available from: \hrefhttp://www.biogas-kanns.de/links/Biogas-Atlas/Triesdorf/447d20/http://www.biogas-kanns.de/links/Biogas-Atlas/Triesdorf/447d20/. Access: Ago. 24, 2016.
HÖHN, J.; LEHTONEN, S.; RASI, S.; RINTALA, J. A Geographical Information System (GIS) based methodology for determination of potential biomasses and sites for biogas plants in soutern Finland. Applied Energy, [s. l.], v. 113, p. 1-10, 2014.
IANNICELLI, L. A. Reaproveitamento energético do biogás de uma indústria cervejeira. 2008. Dissertação (Mestrado Engenharia Mecânica) – Universidade de Taubaté, Taubaté, 2008.
IBGE. Calculadora do IPCA. Rio de Janeiro: IBGE, 2022. Available from: \hrefhttps://www.ibge.gov.br/explica/inflacao.phphttps://www.ibge.gov.br/explica/inflacao.php. Access: Apr. 2, 2022.
IBGE. Pesquisa Nacional de Saneamento Básico. Rio de Janeiro: IBGE, 2000. Available from: \hrefhttps://www.ibge.gov.br/estatisticas/multidominio/meio-ambiente/9073-pesquisa-nacional-de-saneamento-basico.html?=\&t=destaqueshttps://www.ibge.gov.br/estatisticas/multidominio/meio-ambiente/9073-pesquisa-nacional-de-saneamento-basico.html?=\&t=destaques. Access: Apr. 2, 2022.
IBGE. Panorama das cidades do estado de São Paulo. São Paulo: IBGE 2015. Available from: \hrefhttps://cidades.ibge.gov.br/brasil/sp/sao-carlos/panoramahttps://cidades.ibge.gov.br/brasil/sp/sao-carlos/panorama. Access: Apr. 02, 2022.
INCROPERA, F. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
KUNZ, A.; PERDOMO, C. C.; OLIVEIRA, P. A. V. Biodigestores: avanços e retrocessos. Suinocultural Industrial, Porto Feliz, v. 24, n. 178, p. 14-16, 2004.
LASTRES, L. F. M. Desenvolvimento de sistema de conversão para utilização de gás natural em motores diesel superalimentados. Rio de Janeiro: Petrobras: CENPES, 1988.
LOPES, L. Gestão e gerenciamento integrados dos resíduos sólidos urbanos. 2006. Dissertação (Mestrado) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.
MANSOR, M. T. C.; VICHI, F. M. Energia, meio ambiente e economia: o Brasil no contexto mundial. Quimica Nova, São Paulo, v. 32, n. 3, p. 757-767, 2009.
MARQUES, C. A. Microgeração de energia elétrica em uma propriedade rural utilizando biogás como fonte primária de energia elétrica. 2012. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia na Agricultura) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, 2012.
MCGARRY, M. G.; STAINFORTH, J. Compost, fertilizer and biogas production from human and farm wastes in the people's Republic of China. Ottawa: IDRC, 1978.
OBERT, E. F. Motores de combustion interna. México: Compañia Editorial Continental, 1999.
OLIVEIRA, P. A. V. Manual de manejo e utilização dos dejetos de suínos. Concórdia: Embrapa CNPSA, 1993.
OLIVEIRA, R. D. Geração de energia elétrica a partir do biogás produzido pela fermentação anaeróbia de dejetos em abatedouro e as possibilidades no mercado de carbono. 2009. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009.
PRATI, L. Geração de energia elétrica a partir do biogás gerado por biodigestores. 2010. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2010.
RAMESOHL, S.; ARNOLD, K. Analyse und bewertung der nutzungsmöglichkeiten von biomasse: untersuchung im auftrag von BGW und DVGW. Wupperta: Wuppertal Institut für Klima, 2006.
REINHOLD, G. Masse- und trockensubstanzbilanz in landwirtschaftlichen biogasanlagen: neue landwirtschaft heft. Landwirtschaf: Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, 2005.
RPW. Alternadores trifásicos. São Paulo, [2016]. Available from: \hrefhttp://www.rpwgeradores.com.br/loja/catalogo.php?loja=406977&categoria=10\&pg=2http://www.rpwgeradores. com.br/loja/catalogo.php?loja=406977\&categoria=10\&pg=2. Access: May 29, 2016.
SOUZA, R. G. Desempenho do conjunto motogerador adaptado a biogás. 2006. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2006.
YANMAR. Motores estacionários - série TNV - potência de 10,9 a 92,5 CV. Indaiatuba, 2016.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
The Copyright Declaration for articles published in this journal is the author’s right. Since manuscripts are published in an open access Journal, they are free to use, with their own attributions, in educational and non-commercial applications. The Journal has the right to make, in the original document, changes regarding linguistic norms, orthography, and grammar, with the purpose of ensuring the standard norms of the language and the credibility of the Journal. It will, however, respect the writing style of the authors. When necessary, conceptual changes, corrections, or suggestions will be forwarded to the authors. In such cases, the manuscript shall be subjected to a new evaluation after revision. Responsibility for the opinions expressed in the manuscripts lies entirely with the authors.
This journal is licensed with a license Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International.