Made available in DSpace on 2016-05-02T13:54:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OmarJoaodaMataDissertacao.pdf: 976126 bytes, checksum: 616780a10a223756893e1ab9f6ac26d1 (MD5) Previous issue date: 2012-06-05 / The purpose of this study was to measure biogas emission from a monitored landfill in the city of Betim, State of Minas Gerais, in southeast Brazil, and determine parameters for the application of mathematical models to evaluate methane production and the possible generation of energy for the specific Betim region. The study was conducted at the city sanitary landfill. With 500,000 inhabitants, and producing 300 tons of residues a day, Betim started to operate its sanitary landfill in 2002 and is expected to close it in 2012. The system of disposition and treatment of garbage includes the landfill, manure treatment ponds and a composting yard. It receives domestic and commercial waste from the city and the remains of pruning and weeding. The residues from pruning and weeding, restaurants and garbage trucks are transformed into organic matter on the composting yard. The gas consists of 50%-60% of methane generated by decomposition of the organic matter by bacteria, and also of carbon dioxide, hydrogen, oxygen, hydrogen sulphide, ammonia, carbon monoxide, water and small percentages of other elements. Several collections and analyses were carried out and compared with different measurement estimates of the biogas capturing system of sanitary landfills by different methods: World Bank WB; Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC; and United States Environment Protection Agency USEPA, with the aim of finding parameters to evaluate the data obtained. The comparison of our data with the curves foreseen with the methods above, and the results provided by the laboratory, made it possible to validate the theoretical models. / O objetivo deste estudo foi medir a emissão de biogás a partir de um aterro monitorado na cidade de Betim, Estado de Minas Gerais, no sudeste do Brasil, e determinar parâmetros para a aplicação de modelos matemáticos para avaliar a produção de metano ea geração de energia possível para o Betim região específica. O estudo foi realizado no aterro sanitário da cidade. Com 500.000 habitantes, e produzindo 300 toneladas de resíduos por dia, Betim começou a operar seu aterro sanitário em 2002 e deverá ser concluída em 2012. O sistema de disposição e tratamento de lixo inclui o aterro sanitário, lagoas de tratamento de chorume e um pátio de compostagem. Ele recebe lixo doméstico e comercial da cidade e os restos de poda e capina. Os resíduos de poda e capina, restaurantes e caminhões de lixo são transformados em matéria orgânica no pátio de compostagem. O gás é constituído por 50% -60% de metano gerado pela decomposição da matéria orgânica por bactérias, e também de dióxido de carbono, oxigênio, hidrogênio, sulfureto de hidrogênio, amoníaco, monóxido de carbono, água e pequenas percentagens de outros elementos. Várias coleções e análises foram realizados e comparados com estimativas de medição diferentes das biogás captura sistema de aterros sanitários por meio de métodos diferentes: Banco Mundial - BM; Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima - IPCC, e Estados Unidos Agência de Proteção Ambiental - EPA, com o objetivo de encontrar parâmetros para avaliar os dados obtidos. A comparação dos nossos dados com as curvas previstas com os métodos acima, e os resultados fornecidos pelo laboratório, tornou possível para validar os modelos teóricos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / From the duration of the Kyoto Protocol, there has been a renewed interest in technology of bio-digesters. As they allow a reduction in the emission of greenhouse gases compared to other waste treatment methods, their deployment can permit the marketing of carbon credits, resulting in money. The present study aims to analyze the process of dissemination of this technology in Santa Rosa, situated in the northwestern of Rio Grande do Sul state, especially powered by private companies. The profile properties that have these installed equipment, in addition to an examination of possible difficulties encountered by land owners, towards the deployment and use of this technology, with the contribution of biodigesters, on the energy issue and mitigation of environmental pollution in these areas. Through a revision of the existing literature and application of questionnaires some information about the installation of bio-digesters were taken, noticing if they contribute as alternatives in order to add value to the breeding properties and as viable alternative to the solution of environmental problems involved in the process. This study revealed that 33.33% of installed equipment is disabled. The work also presents a case study of isolated electric power generation using biogas as a fuel in an internal combustion engine of Otto cycle, in conjunction with CDM project, installed in a midsize property of pig breeding. The generation plant consists of a stationary Otto cycle engine, adapted to operate with biogas, coupled to an electric generator nominal 30 kVA three-phase. Through the study of the economic and financial feasibility, it was concluded that the application for generating electricity is viable and the overall efficiency of the system is satisfactory. Through another point of view, it presents a second case study, on the insertion of a property in a project of clean development mechanism (CDM) in pig production. / A partir da vigência do Protocolo de Kyoto, houve um interesse renovado pela tecnologia dos biodigestores. Como eles permitem uma redução na emissão de gases do efeito estufa, em relação a outros métodos de tratamento de dejetos, a sua implantação pode permitir a comercialização de créditos de carbono, resultando em valores monetários. O presente trabalho tem como objetivo analisar o processo de disseminação desta tecnologia na microrregião de Santa Rosa, situada na mesorregião do Noroeste Riograndense, impulsionada, especialmente, por empresas privadas. Estudou-se o perfil das propriedades que possuem estes equipamentos instalados, além de uma análise das possíveis dificuldades encontradas pelos proprietários rurais, no sentido de implantação e utilização dessa tecnologia, verificando-se a contribuição dos biodigestores, referente à questão energética e minimização da poluição do meio ambiente nessas áreas. Através da revisão da literatura existente e aplicação de questionários, foram levantadas diversas informações acerca da instalação de biodigestores, observando se contribuem como alternativa de agregação de valor às propriedades criadoras e como alternativa viável para a solução dos problemas ambientais envolvidos no processo. O presente estudo revelou que 33,33% dos equipamentos instalados encontram-se desativados. O trabalho também apresenta um caso prático de geração de energia elétrica isolada, utilizando biogás como combustível em um motor à combustão interna do Ciclo Otto, em conjunto com projeto de MDL, instalado em uma propriedade de médio porte, para criação de suínos. A planta de geração consiste de um motor estacionário de Ciclo Otto, adaptado para operar com biogás, acoplado a um gerador elétrico trifásico de 30 kVA nominal. Através do estudo da análise de viabilidade econômico-financeira, concluiu-se que a aplicação para a geração de energia elétrica é viável e a eficiência global do sistema é satisfatória. Numa outra visão, apresenta-se um segundo caso prático, na inserção de uma propriedade em um projeto de mecanismo de desenvolvimento Limpo (MDL) na suinocultura.

This work concerns a systematic study of IC engine operation with 100% biogas as fuel (as opposed to the dual-fuel mode) with particular emphasis on operational issues and the quest for high efficiency strategies. As a first step, a commercially available 1.2 kW genset engine is modified for biogas operation. The conventional premixing of air and biogas is compared with a new manifold injection strategy. The effect of biogas composition on engine performance is also studied. Results from the genset engine study indicate a very low overall efficiency of the system. This is mainly due to the very low compression ratio (4.5) of the engine. To gain further insight into factors that contribute to this low efficiency, thermodynamic engine simulations are conducted. Reasonable agreement with experiments is obtained after incorporating estimated combustion durations. Subsequently, the model is used as a tool to predict effect of different parameters such as compression ratio, spark timing and combustion durations on engine performance and efficiency. Simulations show that significant improvement in performance can be obtained at high compression ratios. As a step towards developing a more efficient system and based on insight obtained from simulations, a high compression ratio (9.2) engine is selected. This engine is coupled to a 3 kW alternator and operated on 100% biogas. Both strategies, i.e., premixing and manifold injection are implemented. The results show very high overall (chemical to electrical) efficiencies with a maximum value of 22% at 1.4 kW with the manifold injection strategy. The new manifold injection strategy proposed here is found to be clearly superior to the conventional premixing method. The main reasons are the higher volumetric efficiency (25% higher than that for the premixing mode of supply) and overall lean operation of the engine across the entire load range. Predictions show excellent agreement with measurements, enabling the model to be used as a tool for further study. Simulations suggest that a higher compression ratio (up to 13) and appropriate spark advance can lead to higher engine power output and efficiency.