Utilizando a relação entre DQO e \mathrm{CH}_{4} que é 4 kg DQO extraído do efluente podem gerar \mathbf{1} \mathbf{~ k g} \mathbf{~ d e} \mathbf{C H}_{4}, qual o potencial produtor de energia elétrica em MW ( \mathbf{4 0 \%} de eficiência da termodinâmica da turbina a vapor) via biodigestor para os seguintes resíduos orgânicos, considerando um \mathbf{P C I} do \mathbf{C H}_{4} igual a \mathbf{5 0 . 0 0 0 ~ k J} \boldsymbol{/} \mathbf{~ k g}, sendo que o biodigestor pode reduzir em \mathbf{6 0 \%} a carga de DQO presente nos efluentes em questão:
Efluentes de produção de polvilho azedo (DQO \mathbf{1 2 . 0 0 0} \mathbf{~ m g} \mathbf{~ O}_{\mathbf{2}} \boldsymbol{/} \mathbf{L} ) com consumo médio de \mathbf{1 . 5 0 0} \mathbf{~ m}^{\mathbf{3}} \boldsymbol{/} \mathbf{d i a}

Passo 1

Resumindo o enunciado: temos um efluente de produção de polvilho azedo com concentração de DQO de 12000~\mathrm{mg\,O_{2}}/\mathrm{L} e vazão média de 1500~\mathrm{m^{3}}/\text{dia}. O biodigestor reduz 60\% dessa carga de DQO e a relação de conversão é de 4~\mathrm{kg} de DQO extraído para 1~\mathrm{kg} de \mathrm{CH}_{4}. O poder calorífico inferior (PCI) do \mathrm{CH}_{4} é 50000~\mathrm{kJ}/\mathrm{kg} e a turbina a vapor opera com eficiência de 40\%. Queremos o potencial de geração elétrica em MW.

Passo 2

Passo inicial é calcular a carga diária de DQO no efluente. Primeiro convertemos a concentração para \mathrm{kg}/\mathrm{m^{3}}:
12000~\mathrm{mg}/\mathrm{L} = 12~\mathrm{g}/\mathrm{L} = 0,012~\mathrm{kg}/\mathrm{L} \quad\Longrightarrow\quad 12~\mathrm{kg}/\mathrm{m^{3}}.
Portanto, a massa de DQO por dia é
\text{DQO}_{\text{dia}} =1500~\mathrm{m^{3}/dia}\times12~\mathrm{kg}/\mathrm{m^{3}} =18000~\mathrm{kg}/\text{dia}.

Passo 3

O biodigestor remove 60\% dessa DQO, logo a massa de DQO convertida em \mathrm{CH}_{4} é
\text{DQO}_{\text{removida}} =0{,}60\times18000~\mathrm{kg}/\text{dia} =10800~\mathrm{kg}/\text{dia}.

Passo 4

Pela relação dada, para cada 4~\mathrm{kg} de DQO gera-se 1~\mathrm{kg} de \mathrm{CH}_{4}. Assim, a massa de \mathrm{CH}_{4} produzida por dia é
m_{\mathrm{CH}_{4}} =\frac{10800~\mathrm{kg\,DQO}}{4} =2700~\mathrm{kg}/\text{dia}.

Passo 5

A energia térmica contida nesse metano é
E_{\text{térmica}} =m_{\mathrm{CH}_{4}}\times\text{PCI} =2700~\mathrm{kg}\times50000~\mathrm{kJ}/\mathrm{kg} =1{,}35\times10^{8}~\mathrm{kJ}/\text{dia}.é

Passo 6

Para obter a potência térmica média, dividimos pela duração de um dia em segundos 86400~\mathrm{s}:
P_{\text{térmica}} =\frac{1{,}35\times10^{8}~\mathrm{kJ}}{86400~\mathrm{s}} \approx1562{,}5~\mathrm{kW}.é

Passo 7

Aplicando a eficiência de conversão em energia elétrica 40\%, a potência elétrica disponível é
P_{\text{elétrica}} =0{,}40\times1562{,}5~\mathrm{kW} =625~\mathrm{kW} =0{,}625~\mathrm{MW}.é

Resposta

O potencial de geração elétrica via biodigestor é aproximadamente 0{,}625~\mathrm{MW}.

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